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原文传递氯离子环境下BFRP-混凝土界面疲劳性能研究

论文题名：	氯离子环境下BFRP-混凝土界面疲劳性能研究
关键词：	玄武岩纤维增强复合材料;界面疲劳寿命;裂纹扩展;粘结滑移关系;干湿循环氯离子环境;桥梁加固
摘要：	沿海地区在役桥梁常常要经受氯离子侵蚀和疲劳荷载的共同作用，导致这些结构存在一定的安全隐患。玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)由于具备重量轻、抗腐蚀和疲劳性强、施工方便等优点，正被广泛地应用于桥梁结构的加固工程中。BFRP片材加固技术是将BFRP外贴于混凝土表面，BFRP－混凝土界面既是传递应力的关键部位，又是加固构件的薄弱环节。因此，氯离子腐蚀环境中界面粘结性能的退化规律是计算沿海地区BFRP加固构件承载能力和疲劳寿命的关键问题。然而，目前国内外对海洋环境下BFRP－混凝土界面力学性能的研究还相当欠缺，鲜见关于氯离子环境下界面疲劳性能的研究，极大限制了该项加固技术在沿海地区中推广与应用。为此，本研究以BFRP－混凝土界面为研究对象，探索其在氯离子环境下的粘结滑移退化规律和疲劳失效机理。通过设计和实施一系列BFRP－混凝土界面的腐蚀实验，开展界面搭接构件的静力和常幅疲劳实验研究，基于实验结果，建立了界面粘结滑移经验模型，并提出疲劳寿命预测方法。本文的主要研究内容和结论如下：　　（1）加固材料的耐久性研究是探讨 FRP-混凝土界面性能的基础，本研究通过实施不同腐蚀时间的干湿循环试验，分析了干湿循环氯离子环境对BFRP片材、粘结树脂（环氧）以及混凝土基本力学性能的影响。研究结果表明，BFRP片材的抗拉强度和极限应变性能受氯离子腐蚀环境影响较大，其均随着腐蚀程度的增加而明显下降，但BFRP片材弹性模量受氯离子环境影响较小。环氧树脂的抗拉强度、极限应变和弹性模量在氯离子环境中均有不同程度的下降，其中抗拉强度与弹性模量受环境影响较大。混凝土的抗压强度随着干湿循环次数的增加有上升的趋势，主要原因是在短期的腐蚀环境中，混凝土发生水化反应，导致混凝土抗压性能的上升。　　（2）设计了 BFRP-混凝土界面搭接构件，实施了不同腐蚀程度后搭接构件的四点弯曲静载实验，分析了氯离子环境对BFRP-混凝土界面的静载破坏模式、应变演化规律、极限承载力以及粘结滑移关系等方面的影响。研究结果表明：未腐蚀构件的破坏模式主要为BFRP-混凝土界面剥离破坏，而干湿循环180天之后，加固构件的破坏模式则变为BFRP断裂破坏；氯离子环境使得加固界面的BFRP应变发展速度加快，且减小了界面的有效粘结长度。结合本研究静力实验结果和现有界面的粘结滑移模型，建立了基于Popovics模型的BFRP-混凝土界面粘结滑移经验模型。　　（3）实施了一系列 BFRP-混凝土界面的常幅疲劳实验，研究了氯离子环境对界面的破坏模式、应变演化规律、裂纹扩展速率以及粘结滑移关系的影响，探讨了腐蚀环境中疲劳荷载作用下BFRP-混凝土界面粘结滑移的退化规律。研究结果表明，腐蚀0天和180天主要发生BFRP-树脂界面的剥离破坏，而经过干湿循环270天之后，加固构件主要发生BFRP断裂破坏。在疲劳荷载作用下，加固构件的挠度与界面裂纹扩展主要分为3个阶段：加载初期的快速增长、中期的稳定增长以及破坏前失稳增长阶段。值得提出的是，氯离子腐蚀环境加速了界面疲劳裂纹的扩展速率。　　（4）结合本研究的静力实验结果，分析现有的界面剥离承载力模型的适用性。基于本研究的疲劳实验结果，给出不同腐蚀程度BFRP-混凝土界面的S-N曲线，并利用界面能量释放率，得到了氯离子环境下界面疲劳寿命的预测公式。研究结果表明：在腐蚀环境中，当BFRP加固受弯混凝土界面在疲劳过程中的能量释放率低于静载界面断裂能的32％时，其不会发生疲劳破坏。
作者：	张洹
专业：	结构工程
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：	2017
正文语种：	中文