荷载和干湿交替耦合作用下CFRP加固预裂RC梁耐久性试验研究

论文摘要

目前,碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP）因具有高强轻质、良好的抗疲劳性能和耐久性能而在土木工程结构加固中应用日益广泛,然而CFRP加固钢筋混凝土结构除了荷载作用外还可能会暴露于化学环境、干湿循环、海水环境、冻融循环或其它各种恶劣环境中,加固结构会面临耐久性降低而无法正常使用的问题。由于在实际工程中采用CFRP加固的混凝土构件加固前大都受过损伤,因此可以通过荷载和恶劣环境耦合作用于CFRP加固的预裂构件来模拟实际工程中加固结构性能退化过程,分析荷载和恶劣环境耦合作用对CFRP加固构件的影响程度和劣化机理,获取有效的CFRP加固结构耐久性数据,为CFRP加固结构耐久性设计提供依据。本文结合国家自然科学基金项目“荷载和恶劣环境耦合作用下FRP增强混凝土结构耐久性研究”（50608013）,对荷载和干湿交替耦合作用的8根CFRP加固预裂钢筋混凝土梁进行耐久性试验研究,试验参数考虑了持载水平（30%、60%）和干湿交替次数（90次、180次）。通过试验和理论研究得出以下几个方面的结论:（1）海水渗透到CFRP与混凝土粘结层中,干湿交替作用下引起粘结性能的退化;由于海水干湿交替对粘结性能的影响,荷载作用下CFRP增加了局部剥离的可能性;由于粘结层对混凝土表面保护作用的减弱和荷载作用下裂缝的扩展,海水会加速渗透到加固梁内部,使加固梁性能退化加剧。荷载和恶劣环境耦合作用加速了加固梁的老化进程。（2）荷载和干湿交替耦合作用的加固梁跨中截面混凝土应变分布仍符合平截面假定;加固梁纵筋屈服之前的CFRP应变、极限应变随着干湿交替次数和持载水平的增加呈降低趋势,其中L-180-60%与L-0-0相比CFRP极限应变下降了19.1%;钢筋应变随着持载水平的增加呈降低趋势。（3）加固梁开裂荷载随着干湿交替次数增加而增大,受持载水平的影响较小,L-180-60%与L-0-0相比增大25.5%;极限荷载和极限挠度随着干湿交替次数和持载水平的增加均呈降低趋势,L-180-60%与L-0-0相比分别下降6.6%、10.82%;加固梁裂缝间距和最大裂缝宽度随着持载水平的增加呈降低趋势,受干湿交替次数的影响较小。（4）CFRP抗弯加固构件抗弯剥离破坏不但与裂缝张开的界面粘结应力有关,还与剪力引起的界面粘结应力有关,裂缝张开导致的界面滑移是受弯剥离破坏的主要原因;在混凝土开裂前,若剥离区两端具有可靠的端锚固,则局部剥离几乎不影响加固构件的受力性能;混凝土开裂后,裂缝区的局部剥离对构件的受力性能影响较大,主要表现在对裂缝的抑制能力下降,不利于改善试验梁的刚度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 CFRP加固混凝土结构技术的优点及发展过程
• 1.1.1 碳纤维复合材料（CFRP）的优点
• 1.1.2 CFRP加固混凝土结构技术的发展过程
• 1.2 CFRP加固混凝土结构技术研究状况
• 1.2.1 CFRP加固构件抗弯性能的研究现状
• 1.2.2 CFRP加固抗弯构件界面剥离机理的研究现状
• 1.3 CFRP加固混凝土结构耐久性研究状况
• 1.3.1 CFRP耐久性研究
• 1.3.2 粘合剂的耐久性能研究
• 1.3.3 混凝土的耐久性能研究
• 1.3.4 CFRP与混凝土粘结的耐久性研究
• 1.3.5 CFRP加固混凝土构件的耐久性研究
• 1.4 本文的研究内容和意义
• 2 试验概况
• 2.1 引言
• 2.2 试验设计
• 2.3 试验材料基本力学性能检测结果
• 2.4 试验梁的制作
• 2.5 试验方案
• 2.5.1 试验梁荷载和测点布置
• 2.5.2 加载方案
• 2.5.3 测试内容
• 2.6 试验结果
• 2.6.1 参考梁试验结果
• 2.6.2 预裂试验结果
• 2.6.3 荷载和干湿交替耦合作用试验结果
• 2.6.4 试验梁抗弯试验结果
• 3 干湿交替作用下CFRP加固预裂RC梁耐久性试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验结果分析
• 3.2.1 试验梁破坏形态分析
• 3.2.2 干湿交替对试验梁跨中截面混凝土应变的影响
• 3.2.3 干湿交替对试验梁跨中截面CFRP应变、钢筋应变的影响
• 3.2.4 干湿交替对试验梁承载力的影响
• 3.2.5 干湿交替对试验梁裂缝的影响
• 3.2.6 干湿交替对试验梁变形的影响
• 3.3 试验梁剥离破坏机理分析
• 3.3.1 CFRP加固梁剥离破坏机理分析
• 3.3.2 剥离对CFRP加固梁受力性能的影响
• 3.4 本章小结
• 4 荷载和干湿交替耦合作用下CFRP加固预裂RC梁耐久性试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验结果分析
• 4.2.1 持载对试验梁的影响
• 4.2.2 试验梁破坏形态分析
• 4.2.3 荷载和干湿交替耦合作用对试验梁跨中截面混凝土应变的影响
• 4.2.4 荷载和干湿交替耦合作用对跨中截面CFRP应变、钢筋应变的影响
• 4.2.5 荷载和干湿交替耦合作用对试验梁承载力的影响
• 4.2.6 荷载和干湿交替耦合作用对试验梁裂缝的影响
• 4.2.7 荷载和干湿交替耦合作用对试验梁变形的影响
• 4.3 试验梁裂缝及变形验算
• 4.3.1 试验梁裂缝验算
• 4.3.2 试验梁变形验算
• 4.4 本章小结
• 5 CFRP加固梁正截面强度计算方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 CFRP加固梁正截面强度计算方法研究
• 5.2.1 正截面抗弯加固剥离承载力计算方法研究
• 5.2.2 截面抗弯加固承载力计算方法研究
• 5.3 CFRP加固梁正截面强度计算
• 5.3.1 正截面抗弯加固剥离承载力计算
• 5.3.2 正截面抗弯加固承载力计算
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢