循环荷载下CFRP-混凝土界面粘结性能试验研究与有限元模拟

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碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)有抗疲劳性、良好的耐久性和轻质高强等优点,因此,广泛的用于结构加固工程。CFRP加固技术是通过界面粘结应力来传递荷载的,从而增强加固结构的承载能力。界面的粘结行为影响CFRP与混凝土之间应力传递的有效性。许多CFRP加固结构在其服役期间除了承受静载外,还长期处于循环荷载作用下,循环荷载作用下的加固结构破坏形式通常不是CFRP片材被拉断,而是沿界面发生剥离破坏,破坏前无明显征兆,且破坏时的荷载往往低于静载下的极限荷载,属于脆性破坏,难以察觉,因而具有危害性。要探明界面的疲劳性能还需要做大量的试验与理论研究工作。本文对循环荷载作用下CFRP-混凝土界面粘结性能展开了研究,主要研究内容与成果如下:(1)循环荷载作用下CFRP-混凝土界面粘结性能研究。通过对18个双面剪切试件进行静载及疲劳试验,分析探讨了循环荷载作用下CFRP-混凝土界面破坏过程及粘结-滑移关系。结果表明,随着循环荷载次数及应力水平增大,界面粘结性能降低,CFRP片材也更早出现剥离现象,剥离长度和应力水平呈线性关系。端部滑移变化表现为两个阶段,快速增长阶段和稳定增长阶段。应力水平越高,对应的粘结-滑移曲线中最大剪应力就越大。200万次循环荷载作用后的试件界面剩余承载力较静载下的界面极限承载力有所下降,提出了考虑应力水平影响的CFRP-混凝土界面粘结承载力修正公式和有效粘结长度修正公式;(2)将CFRP-混凝土结构各组成材料在循环荷载下的性能退化规律用公式量化,利用“循环跳跃”的方式简化了循环次数计算,基于ABAQUS有限元软件给出了模拟CFRP-混凝土界面疲劳加载的方法及流程,为后续有限元研究提供了理论依据;(3)循环荷载下CFRP-混凝土界面粘结性能有限元分析。采用ABAQUS对CFRP-混凝土界面疲劳加载过程进行了合理的数值模拟。结果表明:静载下的结果吻合良好。不同应力水平下的界面剪应力传递规律大致相似,随着循环次数的递增,界面剪应力峰值向自由端逐步发展,初始裂纹萌生以及界面开裂也越来越趋近于自由端。应力水平越大,界面粘结剪应力峰值越靠近自由端,说明应力水平越高,应力传递长度越长,疲劳损伤也越靠近自由端。
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