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原文传递 CFRP-混凝土界面疲劳性能研究

论文题名：	CFRP-混凝土界面疲劳性能研究
关键词：	桥梁工程;碳纤维增强复合材料;混凝土;界面剥离;疲劳寿命
摘要：	由于交通运输量的日益增长，在役桥梁的疲劳损伤越来越引起人们的关注。纤维增强复合材料（Fibre reinforced polymer，简称FRP）由于具有轻质高强、抗疲劳、耐久性好等优点，近年来被广泛应用于桥梁结构的加固工程中。在FRP片材加固技术中，FRP与混凝土之间的界面既是关键的传力部位，也是加固构件的薄弱环节。FRP—混凝土界面的疲劳剥离是FRP加固混凝土结构的主要破坏模式之一。因此，开展疲劳载荷作用下FRP—混凝土界面粘结性能及其寿命预测的研究，对确定FRP加固混凝土结构的安全性、可靠性以及维护加固周期等方面具有重要的科学意义和工程应用价值。　　本文以碳纤维增强复合材料（简称CFRP）外贴混凝土搭接受弯构件为研究对象，采用理论分析与实验研究相结合的方法，探讨常幅疲劳载荷作用下CFRP—混凝土界面的裂纹扩展规律、粘结—滑移关系以及疲劳寿命预测方法。本文的主要研究内容及结论如下: 　　(1)基于现有针对FRP—混凝土界面的实验结果，对FRP—混凝土界面的粘结机理进行分析，系统归纳了已有的界面粘结滑移本构模型和界面剥离模型，并对界面粘结性能指标的影响因子进行了研究，结果发现:混凝土强度、FRP粘结长度、FRP刚度、宽度比、粘结胶性能等是影响界面粘结性能的主要因素;界面的粘结滑移本构关系接近抛物线，双线性模型为精度较高的简化模型;与经验模型、设计模型相比，基于断裂力学的界面剥离承载力模型更能合理解释其粘结破坏机理。　　(2)通过设计CFRP—混凝土弯剪搭接构件，实施不同混凝土强度CFRP—混凝土界面的静载实验，对CFRP—混凝土界面的破坏模式、剥离承载力、应变分布规律、以及粘结滑移关系等方面进行了分析。在此基础上，给出了基于双曲线模型、双线性模型、抛物线模型的CFRP—混凝土界面粘结滑移本构关系，分析了各个模型的优缺点，并给出了曲线特征参数的计算公式。研究结果表明:静载下CFRP—混凝土受弯界面破坏模式为界面剥离破坏，剥离在混凝土层扩展;本文提出的剥离模型与弯剪试件的实验结果吻合较好，与其它模型相比，本文的模型具有更优的预测结果。　　(3)通过实施CFRP—混凝土界面的常幅疲劳实验，分析了疲劳荷载作用下界面破坏机理，监测了界面裂纹扩展速率，并结合疲劳实验结果，给出了疲劳荷载作用下界面粘结滑移的退化规律。研究结果表明:在疲劳荷载作用下，CFRP—混凝土受弯界面的剥离可能发生在混凝土层或在CFRP与胶层之间2种情况;疲劳荷载下的界面裂纹扩展规律分为3个阶段:快速增长阶段，稳定增长阶段，以及失稳增长阶段;随着疲劳荷载次数的增加，界面粘结刚度逐渐下降，界面在循环加载卸载过程中会产生残余滑移。　　(4)通过对现有疲劳寿命预测方法的分析，结合本实验的相关数据，给出了利用界面能量释放率预测其疲劳寿命的拟合公式。研究结果表明:当CFRP粘结长度大于有效粘结长度时，CFRP—混凝土界面的剥离疲劳强度与其静载剥离承载力之比约为65％;当疲劳应力上限的界面能量释放率低于界面断裂能的43％时，CFRP-混凝土界面不会发生疲劳破坏。
作者：	黄昆泓
专业：	工程力学
导师：	谢建和
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文