FRP加固銹蝕鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的保護(hù)層剝離行為研究

CFRP加固銹蝕鋼筋混凝土受彎構(gòu)件時(shí)，無(wú)論是在受損保護(hù)層上直接粘貼，或是置換保護(hù)層后粘貼CFRP，都可能因銹脹裂縫或新老混凝土不良結(jié)合面而形成水平薄弱界面，對(duì)CFRP剝離和結(jié)構(gòu)整體性與受力造成不良影響。項(xiàng)目針對(duì)有弱界面存在下的CFRP加固受彎構(gòu)件展開(kāi)研究，旨在明晰弱界面對(duì)CFRP加固體系受力剝離的作用機(jī)理、影響因素以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 項(xiàng)目以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，澆筑帶有兩種弱界面的梁試件進(jìn)行受彎試驗(yàn)，同時(shí)澆筑立方試件和Z型試件測(cè)得弱界面材性數(shù)據(jù)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果深入分析基礎(chǔ)上，建立有限元模型深入探索主要參數(shù)的影響，并最終建立界面斷裂能模型分析計(jì)算弱界面CFRP剝離。 綜合試驗(yàn)及理論研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：彎矩變化產(chǎn)生的剪切粘結(jié)應(yīng)力和受力裂縫處混凝土回縮產(chǎn)生的開(kāi)裂粘結(jié)應(yīng)力疊加，是造成中部CFRP沿弱界面過(guò)早剝離的主要原因，剝離隨加載向端部發(fā)展，削弱了加固體系的整體性，無(wú)約束條件下縱向CFRP發(fā)生整體剝離；界面削弱越嚴(yán)重，加固量越大，保護(hù)層厚度越小，界面剪切傳遞能力越弱，剝離破壞越易發(fā)生和發(fā)展；U形箍約束能防止縱向CFRP整體剝離破壞，保證其有效受力，但不能完全防止局部剝離沿薄弱界面發(fā)展，易導(dǎo)致縱向CFRP在復(fù)合受力條件下過(guò)早斷裂，且存在較高的端部錨固破壞的風(fēng)險(xiǎn)；銹脹裂縫弱界面作用下，界面削弱程度的影響相比更為敏感，但橫向約束的作用效果更顯著。 存在弱界面條件下，傳統(tǒng)CFRP加固方式與設(shè)計(jì)方法仍適用，但受彎CFRP容許極限應(yīng)變宜按所建立的模型計(jì)算結(jié)果降低，并采取限制滿(mǎn)貼、加大弱界面與CFRP之間保護(hù)層厚度、加強(qiáng)有效橫向約束等構(gòu)造措施。另外，在評(píng)價(jià)銹脹開(kāi)裂削弱等方面采用現(xiàn)有研究成果時(shí)，宜采用銹蝕電流密度小于50μA/cm^2的干濕交替法所獲得試件的成果，否則應(yīng)充分考慮實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與自然銹蝕條件的差別。 項(xiàng)目研究揭示了弱界面存在對(duì)銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件采用CFRP受彎加固的影響，并提出了具體的設(shè)計(jì)計(jì)算方法及構(gòu)造措施，給工程中銹蝕混凝土構(gòu)件的加固設(shè)計(jì)施工或有弱界面加固構(gòu)件的承載力評(píng)估提供了技術(shù)依據(jù)。

纖維增強(qiáng)塑料（FRP）在工程加固中的應(yīng)用日趨廣泛，但對(duì)于FRP加固銹蝕混凝土構(gòu)件的研究卻仍處于探索階段，特別是此情況下的剝離破壞未見(jiàn)有相關(guān)研究報(bào)道。對(duì)于粘貼FRP加固的銹蝕鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，無(wú)論直接粘貼或置換銹脹保護(hù)層后再加固，均會(huì)因存在銹脹裂縫或新老混凝土結(jié)合面而在靠近縱筋位置形成薄弱面，對(duì)潛在的FRP剝離破壞形式產(chǎn)生巨大影響。本項(xiàng)目采用試驗(yàn)手段，結(jié)合有限元分析方法以及彈性力學(xué)與斷裂力學(xué)理論，對(duì)此存在削弱界面情況下的FRP端部剝離、中部剝離及主斜裂縫剝離展開(kāi)深入研究，主要內(nèi)容包括保護(hù)層剝離的破壞機(jī)理與發(fā)生條件、縱筋削弱界面對(duì)剝離破壞影響、以及剝離對(duì)加固構(gòu)件受力性能影響。通過(guò)研究建立FRP加固銹蝕構(gòu)件的剝離強(qiáng)度計(jì)算模型，以及基于剝離極限狀態(tài)的構(gòu)件承載力計(jì)算方法，并給出FRP加固銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的合理施工技術(shù)方法、注意事項(xiàng)及構(gòu)造措施，為FRP在銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

FRP材料與混凝土梁的粘結(jié)強(qiáng)度低，通常會(huì)造成FRP過(guò)早剝離破壞而使得加固效果不佳。HB-FRP加固技術(shù)作為一種新的粘貼技術(shù)，前期研究顯示加固梁界面粘結(jié)強(qiáng)度比傳統(tǒng)的外貼FRP高7.5 倍。不過(guò)對(duì)于HB-FRP 體系的作用機(jī)理還需要更為全面的理解來(lái)建立設(shè)計(jì)模型和指導(dǎo)公式。本項(xiàng)目以HB-FRP抗剪加固梁為研究對(duì)象，以常規(guī)FRP加固理論為研究基礎(chǔ)，以HB-FRP加固體系的界面粘結(jié)性能和抗剪加固性能為研究重點(diǎn)，以模型試驗(yàn)和數(shù)值模型為研究手段，研究鋼扣件間距及個(gè)數(shù)對(duì)HB-FRP的有效粘結(jié)長(zhǎng)度和粘結(jié)強(qiáng)度的影響，探討抗剪加固時(shí)鋼扣件豎向分布間距和FRP間距對(duì)梁抗剪性能的影響,提出FRP平均應(yīng)力分布系數(shù)計(jì)算方法。探明HB-FRP的加固機(jī)理，揭示HB-FRP加固后梁的延性、承載能力變化規(guī)律，建立HB-FRP加固設(shè)計(jì)計(jì)算方法。研究成果將為HB-FRP加固在工程上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。

EB-FRP加固(Externally bonded FRP)存在FRP易剝離的缺點(diǎn)，無(wú)法充分發(fā)揮FRP高強(qiáng)特性。HB-FRP技術(shù)(Hybrid Bonding FRP)結(jié)合了FRP外貼法和機(jī)械錨固法，有效提高了界面粘結(jié)強(qiáng)度，不過(guò)對(duì)于HB-FRP 體系的作用機(jī)理還需要更為全面的理解來(lái)建立設(shè)計(jì)模型和指導(dǎo)公式。綜合運(yùn)用模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析為研究手段，提出了HB-FRP加固體系的粘結(jié)滑移統(tǒng)一計(jì)算模型，依據(jù)該模型最終建立了HB-FRP抗剪加固梁的設(shè)計(jì)公式。包含以下內(nèi)容：1)開(kāi)展了鋼筋混凝土梁HB-FRP抗彎加固后的受力性能研究，對(duì)比分析了EB-FRP和HB-FRP抗彎加固梁的承載性能、破壞模式和FRP-混凝土界面粘結(jié)性能的差異；3) 假定了HB-FRP中鋼扣件部位的混凝土楔體破壞形態(tài)，提出了HB-FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的粘結(jié)滑移簡(jiǎn)化計(jì)算模型，并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。4)進(jìn)一步提出了HB-FRP加固體系的粘結(jié)滑移統(tǒng)一計(jì)算模型，對(duì)HB-FRP加固體系粘結(jié)滑移統(tǒng)一計(jì)算模型的控制方程、張拉力-滑移關(guān)系、剝離承載能力及有效粘結(jié)長(zhǎng)度等力學(xué)特性開(kāi)展了研究。5)引入HB-FRP加固體系的粘結(jié)滑移統(tǒng)一計(jì)算模型，開(kāi)展了抗剪加固的數(shù)值模擬，分析了梁高及裂縫計(jì)算模式對(duì)HB-FRP抗剪加固設(shè)計(jì)公式的影響。建立了FRP剝離時(shí)應(yīng)力與HB-FRP抗剪構(gòu)造尺寸的關(guān)系模型。參考Chen & Teng抗剪模型，最終建立了HB-FRP抗剪設(shè)計(jì)公式。 2100433B

內(nèi)容介紹

《FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究》對(duì)FRP片材加固混凝土柱在凍融、碳化、模擬海水潮汐作用的鹽溶液干濕循環(huán)下的受力性能展開(kāi)研究，主要內(nèi)容包括：概述、FRP片材耐久性研究、侵蝕環(huán)境下FRP與混凝土正拉粘結(jié)性能研究、侵蝕環(huán)境下FRP與混凝土剪切粘結(jié)性能研究、侵蝕環(huán)境作用下FRP加固混凝土圓柱軸心受壓試驗(yàn)研究，考慮侵蝕作用FRP條帶加固鋼筋混凝土圓柱正截面受壓承載計(jì)算，建立相關(guān)的理論和計(jì)算方法，對(duì)FRP加固混凝土柱加固方案的選擇提出合理建議，可以為相關(guān)規(guī)程提供技術(shù)支持。

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