CFRP-混凝土界面黏结疲劳性能试验研究

采用双面剪切试验,通过对5组双剪试件分别施加不同应力水平的疲劳荷载,对比分析各组试件的破坏特征、剪应变分布、端部滑移演化规律以及200万次疲劳后的剩余黏结承载能力,讨论了不同应力水平对CFRP-混凝土界面黏结疲劳性能的影响.试验结果表明:疲劳荷载作用下CFRP-混凝土试件均会在黏结界面下较浅的混凝土表层发生剥离,剥离长度随应力水平的提高而增长,并且两者近似呈线性关系;随着疲劳次数的增加,CFRP上的应力-应变从加载端逐渐向自由端传递,界面的端部滑移量呈增长趋势;应力水平越高对剪应变沿黏结长度的分布规律及端部滑移情况的影响越明显;疲劳荷载作用后,剩余的黏结长度大于有效黏结长度时,界面极限承载力无明显变化,反之,应力水平越高,剩余界面黏结承载力的下降幅度越大.     

外贴CFRP板加固锈蚀钢板疲劳性能试验研究

为研究外贴CFRP板对锈蚀钢板疲劳性能的影响,开展16个CFRP板加固锈蚀钢板试件的疲劳拉伸试验,研究锈蚀程度、CFRP刚度、CFRP预应力度、端部锚固及疲劳应力幅对CFRP板加固锈蚀钢板疲劳破坏模式、疲劳寿命及裂纹扩展规律的影响。研究结果表明,外贴CFRP板可以显著提升锈蚀钢板疲劳寿命,对质量损失率为9.38%、13.39%、16.61%及21.24%的锈蚀钢板,端部锚固条件下双面粘贴CFRP板加固试件疲劳寿命相对于未加固试件分别提高了18.4倍、9.3倍、8.9倍及11.4倍;加固方式对疲劳加固效果影响显著,端部锚固可以有效延缓黏结界面失效,增大CFRP板加固刚度或采用预应力加固均可显著降低裂纹扩展速率。     

CFRP加固受拉钢构件的疲劳性能

对采用CFRP加固的钢结构的疲劳性能进行研究,完成了不同荷载条件下的初步试验以评估双侧加固试件的疲劳性能。由于粘合剂的连续剥离导致加固构件的刚度退化,因此,刚度退化被选择作为整体破坏的指标。观察发现,首先从板端部产生剥离,然后沿界面剥离直至破坏。对破坏后的粘合层检查发现,粘合剂-金属界面是加固系统的薄弱点。详细定义了S-N曲线,对试件的疲劳性能与欧洲规范3中详细分类的焊逢疲劳抗力进行比较,结果显示:钢板和碳纤维之间的粘合层疲劳抗力明显高于盖板焊缝的抗力(欧洲规范3:36*-56*条目)。     

CFRP板加固高强混凝土梁试验研究

通过三点弯曲试验,并利用CCD相机及数字散斑分析技术研究了CFRP板裂缝扩展至破坏的全过程。结果表明:各因素对试件承载力的影响程度从大到小依次为CFRP板厚、加载速率、裂缝深度、混凝土强度;粘贴CFRP板的高强混凝土试件破坏是由混凝土剪切破坏引起的CFRP板粘贴胶层与混凝土之间的界面剥离破坏,其从裂缝开始扩展到完全破坏的时间明显长于未粘贴CFRP板的试件;黏结界面仍是外粘CFRP板加固高强混凝土构件的薄弱部位。     

端部锚固CFRP板加固RC梁IC剥离过程非线性分析

端部锚固预应力碳纤维增复合板(Carbon Fiber Reinforcement Polymer Laminate,简称CFRP板)加固钢筋混凝土结构目前最为常见的抗弯加固方式,为探讨端部锚固CFRP加固RC梁IC剥离过程的起始和演化,文章基于部分黏结作用复合梁理论,利用内聚力开裂模型模拟界面层的剥离过程,通过引入含残余强度的四线性黏结滑移本构模型模拟CFRP板与钢筋混凝土梁之间相对滑移带来的界面的变形协调和应力变形行为的非线性特征和软化特性,得到单一裂缝模式下中间裂缝剥离过程中相应的界面黏结剪应力,相对滑移量、CFRP板轴力分布以及加固构件整体荷载-跨中位移,荷载-跨中CFRP板应变的响应曲线,并与文献提供的试验数据进行对比。结果表明,理论计算结果与试验结果基本一致,可以反映端部锚固CFRP板加固混凝土梁的实际受力状态,为端部锚固CFRP板加固混凝土梁的受力分析和设计提供了理论参考。     

带端部锚具碳纤维复材板加固开裂钢梁的界面剥离规律研究

黏接界面是碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢结构的最薄弱环节,尤其是钢梁缺陷处黏接层易开裂导致加固结构的破坏。对带端部锚具的CFRP加固开裂钢梁进行静载和疲劳试验,记录了试验过程中钢梁裂纹尖端开裂和胶层剥离情况。试验结果表明:静载作用下,界面剥离发生在跨中裂缝处并向两端延伸,端部锚具防止了CFRP板的通长剥离;端部锚具进一步提高了加固梁的极限承载能力,有利于提高加固梁的安全性;疲劳荷载作用下,界面剥离扩展速率在纯弯段基本不变,在弯段外加速扩展;静载作用下,钢梁腹板裂纹尖端开裂过程较缓,具有明显的塑性变形阶段,而疲劳荷载作用下裂纹尖端开裂则呈现突发性。     

碳纤维增强复合材料板补强平面外纵向焊接接头疲劳性能试验研究

以碳纤维增强复合材料(CFRP)补强的平面外纵向焊接接头为研究对象,对其进行疲劳性能试验。为了模拟初始损伤,在节点板两端焊趾处引入人工预制初始缺陷。分析了应力幅、单/双面粘贴和CFRP板弹性模量对试件疲劳性能的影响。试验过程中采用沙滩纹加载方式,得到了疲劳裂纹随着荷载循环次数的扩展情况。试验结果表明:试件沿着其中一条预制裂纹发生断裂破坏,另一条预制裂纹也有不同程度的扩展;普通弹性模量CFRP板补强试件发生黏结层内破坏,高弹性模量CFRP板补强试件发生CFRP板断裂破坏;采用粘贴CFRP补强方法能够有效提高焊接接头疲劳性能,其疲劳寿命延长至未补强的1.28~8.17倍;裂纹扩展速率明显减慢,在CFRP材料覆盖区域尤为明显。采用双面粘贴和高弹性模量CFRP材料可以取得更好的补强效果,试件疲劳寿命延长程度分别约为单面粘贴和普通弹性模量CFRP板补强试件的2倍和3倍。     

碳纤维布-钢界面黏结性能试验研究

为研究碳纤维布-钢界面的黏结性能,进行了界面单剪试验,分析钢板表面粗糙度、碳纤维布层数以及碳纤维布宽度对界面剥离承载力、黏结剪应力和滑移量的影响,并测量了钢板表面粗糙度,对界面进行电镜扫描,以分析界面结合状态。试验表明,试件的破坏多发生于胶-钢界面,胶层与纤维在钢板的黏附量与钢板表面处理形式相关;界面极限剥离荷载随碳纤维布宽度和层数的增加呈非线性增长,喷砂试件界面剥离荷载达到最大值;喷砂能够有效增强胶层在钢板上的浸润性。     

端部锚固CFRP板加固RC梁IC剥离过程非线性分析1

端部锚固预应力碳纤维增复合板(Carbon Fiber Reinforcement Polymer Laminate,简称CFRP板)加固钢筋混凝土结构目前最为常见的抗弯加固方式,为探讨端部锚固CFRP加固RC梁IC剥离过程的起始和演化,文章基于部分黏结作用复合梁理论,利用内聚力开裂模型模拟界面层的剥离过程,通过引入含残余强度的四线性黏结滑移本构模型模拟CFRP板与钢筋混凝土梁之间相对滑移带来的界面的变形协调和应力变形行为的非线性特征和软化特性,得到单一裂缝模式下中间裂缝剥离过程中相应的界面黏结剪应力,相对滑移量、CFRP板轴力分布以及加固构件整体荷载 跨中位移,荷载 跨中CFRP板应变的响应曲线,并与文献提供的试验数据进行对比。结果表明,理论计算结果与试验结果基本一致,可以反映端部锚固CFRP板加固混凝土梁的实际受力状态,为端部锚固CFRP板加固混凝土梁的受力分析和设计提供了理论参考。     

碳纤维复合材料筋-环氧树脂胶界面传力机理研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)筋常以环氧树脂胶为传力介质应用于建筑工程中。通过分析CFRP筋-环氧树脂胶界面黏结应力的组成及其影响因素,采用拔出试验对两种直径的压纹CFRP筋与环氧树脂胶界面最大黏结应力τmax及临界黏结长度lcr(小于该长度时测得平均黏结应力可认为等于τmax)以及界面压应力对黏结性能的影响,界面的破坏模式,拔出力-滑移量关系曲线进行研究,并提出了压纹类CFRP筋-环氧树脂胶界面τmax的理论预测模型。结果表明:压纹CFRP筋-环氧树脂胶界面lcr值远小于CFRP筋-混凝土界面;CFRP筋直径的大小对界面的破坏模式和拔出力-滑移量的力学关系有较大影响;界面压应力大小对界面τmax值影响较大。