高温处理后氯氧镁水泥粘贴CFRP-混凝土粘结性能研究

碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)已经广泛应用于外贴混凝土结构加固工程.氯氧镁水泥(magnesium oxychloride cement,MOC)因具有出色的力学和耐高温性能,被认为是高温工作环境下最有潜力取代有机胶黏剂的CFRP-混凝土界面粘结材料.在研究中,首先针对优化配比后的改性MOC进行XRD物相组成分析,从微观解释高温作用后MOC强度的劣化;然后通过采用MOC胶黏剂的CFRP-混凝土界面的单剪试验,分析高温处理后的界面粘结性能,试验结果显示改性MOC胶黏剂的CFRP-混凝土结构加固效果良好,在经过高温损伤后仍具有一定强度.最后针对MOC作为界面胶的单剪试验CFRP表面应变测试数据偏低的问题,通过有限元模型修正的方法对界面本构关键参数进行修正,拟合得到考虑高温劣化影响的本构中三个关键参数的模型公式.得到的有限元模型和界面本构关系劣化公式适用于高温环境中MOC粘贴CFRP-混凝土界面粘结性能的模拟和计算.

持续荷载下CFRP-混凝土界面黏结性能试验与分析

为研究持续荷载对CFRP(碳纤维增强复合材料)-混凝土界面粘结性能的影响,首先通过3组双面剪切试件确定了界面极限剥离荷载P_u,然后进行了4种荷载水平下持载时间分别为5、10、15、30、60、90 d共24组双剪试验.结果表明:经过持续荷载作用,与界面峰值剪应力τ_(max)相应的界面滑移s0有所减小,减小幅度与荷载持续时间和荷载大小无明显相关,荷载作用90 d后,s0降低50%左右;当持续荷载大于0.5Pu时,靠近加载端15 mm范围内的界面峰值剪应力τ_(max)随荷载大小和持载时间的增加而降低,此范围以外τ_(max)未发生明显改变,基于试验数据,给出了持续荷载作用下界面的粘结滑移本构模型,对试件的破坏试验表明,在粘结长度大于有效粘结长度时,持续荷载的作用对界面的极限剥离荷载没有明显影响,但会降低剥离过程中界面首次出现剥离的荷载P_(db),在0.5P_u、0.7P_u、0.9P_u持续作用90 d后,P_(db)分别降低了42%、54%、66%.

温度对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为的影响

将粘贴碳纤维(CFRP)粘贴于混凝土表面来加固钢筋混凝土结构的方法,由于施工便捷而被广泛应用。但是粘贴CFRP所用的环氧类胶黏剂对温度过于敏感,明显影响加固效果。尤其是用CFRP加固的混凝土结构的耐火性能很差,限制了这一加固技术的推广。本文在先后2次对不同温度下CFRP-混凝土界面粘结滑移行为试验研究的基础上,结合目前已有的研究成果,对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为受温度影响的特性进行评述,并从材性方面对温度对界面的粘结滑移行为的影响进行了机理分析,为分析常温下CFRP加固混凝土结构受力性能和高温(火灾)下防火保护的CFRP加固混凝土结构抗火性能提供了依据。

CFRP-混凝土界面4ENF断裂试验研究

为了研究CFRP-混凝土的Ⅱ型和混合型断裂能量释放率(energy release rate,ERR),进行了铝板调整CFRP-混凝土4ENF断裂试验,根据Timoshenko梁(TB)模型、双参数弹性基础上的4点受弯端部切口试件(four-point bending end-notched flexure specimen,4ENF)柔度模型和多亚层柔性节点模型的J积分方法求得了ERR.试验结果表明:在相同的黏接条件下,Ⅱ型或混合型断裂破坏方式有3种:(a)剥离发生在胶层-混凝土界面和界面混凝土上;(b)剥离始于胶层-混凝土界面或界面混凝土且混凝土梁发生破坏;(c)剥离发生在界面混凝土上且混凝土梁发生破坏.Ⅱ型或复合层刚度大于混凝土刚度的混合型断裂试件,可以获得较高的ERR.若复合层刚度小于混凝土层刚度,裂缝始于胶层-混凝土界面,发展到一定长度后沿界面混凝土发展,并导致混凝土发生斜拉破坏,ERR很低.通过试验表明,本4ENF可以有效地对Ⅱ型和混合型CFRP-混凝土界面断裂进行研究.

硫酸盐溶液对CFRP-混凝土黏结性能的影响

随着CFRP外贴加固混凝土结构技术的应用,CFRP-混凝土黏结界面的耐久性问题也突显出来。为了研究和分析CFRP-混凝土在恶劣条件下的黏结性能,进行了硫酸钠溶液的浸泡及干湿循环试验,并考察CFRP-混凝土拉伸剪切强度随劣化时间的变化特性。研究表明,硫酸钠溶液浸泡对CFRP-混凝土的黏结强度影响不大;但混凝土在受到硫酸盐溶液浸泡后再粘贴CFRP片材,其黏结强度比未经劣化的CFRP-混凝土的黏结强度均有不同程度降低;硫酸盐溶液干湿循环对CFRP-混凝土黏结强度影响较大。

CFRP-混凝土界面剥离破坏的试验研究

通过拉剪试验方法研究CFRP-混凝土界面的力传递及界面失效规律。考虑了CFRP黏结长度、宽度、外贴与内嵌两种黏结方式等参数对黏结-滑移及界面极限荷载的影响。试验结果分析表明:可以采用统一的双线性模型来模拟界面黏结滑移值以及Taljsten的模型来估算界面黏结强度,试验结果与模型值吻合度较高。

CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究及有限元分析

采用6组面内双剪试验研究了碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)与混凝土界面的黏结行为。为了保证双剪试件两侧界面受力均匀且处于纯剪切状态,对传统的试件制作方法进行了改进并取得了较好的效果。基于试验结果建立了Popovics型界面黏结滑移本构关系,将此本构关系引入有限元模型并对影响界面黏结性能的结构参数进行了分析。结果表明:界面的峰值应力随混凝土强度的增大而增大,随外贴CFRP宽度的增大而减小,但界面的极限剥离荷载呈增加趋势。与常用的2种界面极限剥离荷载计算模型对比表明,本文所提供的剥离荷载计算方法与两者较为接近,能够较好地预测CFRP-混凝土界面的极限剥离荷载。

CFRP-混凝土-钢管组合柱轴心受压性能的有限元分析

采用有限元方法对碳纤维增强塑料(CFRP)-混凝土-钢管组合柱轴心受压性能进行了分析。结果表明,通过合理选择材料的本构模型和单元类型,有限元方法可以较好对组合柱的性能进行分析和评价。同时表明,该新型的组合柱有较大的强度和较好的延性,且各部分受力特性充分利用各材料承力特性,发挥各自的优点,具有很好的力学性能。本文并对钢管和CFRP的应力发展和轴向应力沿径向分布进行了分析,最后经线性拟合得到核心混凝土的强度和极限应变表达式。

温度循环作用后CFRP-混凝土界面黏结性能研究

通过对温度循环作用后的36个试件进行双剪试验,分析温度循环次数、混凝土强度、CFRP板宽度和厚度等因素对界面黏结性能的影响,在Monti双线性模型基础上拟合,得到温度循环作用后界面黏结-滑移本构模型。结果表明:随着温度循环次数、混凝土强度等级、CFRP板宽度和厚度的增加,界面最大剪应力会有不同程度的增大,其中温度循环次数对其影响较为显著,但随着温度循环次数的增加,界面最大剪应力的增长呈现放缓的趋势;黏结-滑移本构模型拟合值和试验结果吻合良好,修正的模型具有较高的可信度。

CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能

碳纤维增强复合材料(CFRP)广泛用于结构构件的加固和修复。为了进一步了解CFRP加固混凝土结构的力学特性,本文针对CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能,开展准静态拉伸-剪切试验研究,得到界面剪应力-位移曲线和CFRP应变分布以及CFRP-混凝土界面的剪切破坏形态;揭示了CFRP-混凝土界面剪切滑移破坏机理;建立了CFRP-混凝土界面精细化有限元分析模型。分析结果表明:在界面剪力作用下,加固试件会发生界面混凝土脆性剪切破坏,CFRP和环氧树脂黏结层则无明显损伤,界面剪切强度由混凝土抗剪强度控制;监测CFRP初始应变分布无法预测破坏面;即使设置非黏结区,混凝土试件端部仍然被拉下三角形块体,其大小受有效黏结区影响;在黏结区与非黏结区交界处,CFRP的应变随荷载呈线性增大;有效黏结长度为粘贴长度的51%;建立的数值计算模型也得到了试验结果的验证。

CFRP-混凝土-钢管组合柱抗爆响应数值分析

为了研究CFRP-混凝土-钢管组合柱抵抗爆炸冲击波作用的能力,基于大型显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,应用ALE多物质流固耦合算法对CFRP-混凝土-钢管组合柱进行了抗爆动态响应研究,并分析了截面含钢率、截面空心率及轴压比等因素对组合柱抗爆性能的影响。研究结果表明:在爆炸荷载下,CFRP-混凝土-钢管组合柱的抗侧刚度和延性比普通混凝土-钢管组合柱更大,能有效地延缓组合柱的开裂与变形;增加含钢率可以有效地减少CFRP-混凝土-钢管组合柱柱中峰值位移和残余位移,提高组合柱的抗爆性能;在一定范围内增大空心率可以提高组合柱的抗爆性能,但过大的空心率会降低组合柱抗爆性能;在临界值内增大轴压比能够显著提高组合柱抗爆性能,但超过临界值后,再增加轴压比会削弱组合柱抗爆性能。研究结果可为该类构件的抗爆设计提供参考。

硫酸盐和冻融循环作用下CFRP-混凝土界面正拉粘结性能研究

对我国西部盐渍土地区硫酸盐和严寒环境对CFRP加固的混凝土界面之间正拉粘结性能的影响进行了研究,得出室温环境、水中冻融循环以及5%硫酸钠溶液中冻融循环三种环境下的正拉粘结强度,结果表明在硫酸盐和严寒环境共同作用下CFRP-混凝土之间的粘结性能随着循环次数的不同而强度有所变化.

CFRP-混凝土界面的疲劳性能探讨

随着技术的发展和进步,碳纤维增强复合材料——混凝土在各个领域得到了广泛的应用。特别是在铁路桥梁等重负荷领域的应用,这就容易CFRP-混凝土界面的脆破坏,进而造成了严重的影响。因此,对CFRP混凝土界面的疲劳性能研究非常有必要,进而发现其疲劳性规律。本文笔者通过实验分析,探讨了CFRP-混凝土界面的疲劳性能,目的是为CFRP混凝土的应用提供指导和借鉴,进而推动其在各个领域的应用。

表层嵌贴CFRP-混凝土界面粘结性能简化分析

为深入研究表层嵌贴碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土结构的界面粘结性能,采用试验与理论分析相结合的方法,分析了混凝土强度、粘结长度和槽边距等因素对界面粘结性能的影响,提出了考虑残余摩擦力的三折线粘结滑移本构模型,并将其简化为无上升段的双折线模型,建立了其界面粘结应力微分方程,通过求解方程得出了解析解的一般形式,推导出界面粘结应力、界面滑移量的分布函数,进而得到了界面粘结承载力的计算公式。最后通过试验对双折线粘结滑移模型进行了验证,并与三折线粘结滑移模型进行了对比分析。研究结果表明:由简化的双折线粘结滑移模型得到的界面粘结行为曲线和基于三折线模型的差异不大,并与试验结果吻合较好;提出的简化分析方法能够较好地描述表层嵌贴CFRP与混凝土的粘结行为。

CFRP-钢管混凝土轴压短柱承载力分析

对CFRP-钢管混凝土轴压短柱这种新型构件的受力性能进行了理论分析,提出了此类构件承载力计算的基本假定;采用极限平衡法,推导出钢管屈服时构件承载力和碳纤维片拉断时构件极限承载力的解析计算式;对8根CFRP-钢管混凝土轴压短柱和4根钢管混凝土柱的极限承载力进行试验研究,并将解析分析结果与实验数据比较,证明了提出的解析计算式的正确性。

盐溶液干湿循环对CFRP-混凝土界面粘结性能的影响

为了考察盐溶液干湿循环条件对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)-混凝土界面粘结性能的影响,本文采用5%的NaCl溶液来模拟海水环境,经过不同次数的干湿循环后,利用单面剪切试验对48个试件界面性能的变化情况进行了研究,分析了上述环境对界面破坏形式、界面承载力及界面剪应力等参数的影响。结果表明:在盐溶液干湿循环作用下,界面粘结性能发生显著地退化,具体表现为,随着干湿循环次数的增加,界面承载力会不断降低,且下降程度与混凝土强度和CFRP的粘贴尺寸有关,界面剪应力在不同环境下的分布具有相似性,即荷载的不断增加会使剪应力逐渐由加载端向自由端传递,但在传递过程中,有效传递区域的长度不会发生改变。

CFRP-钢管混凝土核心柱的力学性能

在统一强度理论的基础上,分析CFRP-钢管混凝土核心柱的工作机理,提出极限承载力计算时的基本假定,推导了CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的极限承载力公式.将计算结果与文献试验结果进行比较,验证了理论公式的正确性,并分析总套箍指标对承载力和承载力提高幅度的影响.该结果为CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的极限承载力分析提供了一定的理论依据,对实际工程设计有一定的参考价值.

圆CFRP-钢管混凝土偏压构件荷载-变形关系分析

目的深入了解圆CFRP-钢管混凝土偏压构件的静力性能.方法以试验研究为基础,依据圆CFRP-钢管约束混凝土在轴压力作用下的应力-应变关系,采用纤维模型法模拟圆CFRP-钢管混凝土偏压构件的荷载-变形关系;分析了长径比和偏心率对圆CFRP-钢管混凝土偏压构件力学性能的影响.结果圆CFRP-钢管混凝土偏压构件荷载-变形关系曲线可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和软化阶段.结论计算值与试验值吻合良好且偏于安全.

基于灰关联熵理论的CFRP-钢管混凝土构件轴压承载力影响因素分析

针对CFRP-钢管混凝土结构构件轴心受压承载力评价问题,给出了灰关联熵理论的应用步骤,并基于灰关联熵理论,分析了钢管厚度、钢管屈服强度、核心混凝土截面面积以及CFRP厚度等因子对CFRP-钢管混凝土结构构件轴心受压承载力影响的主次关系和影响程度。研究结果表明:灰关联熵理论是一种简单实用的分析方法,可以有效地应用于组合结构的承载力评价;在选取的各影响因子中,核心混凝土的截面积与构件的极限承载力的灰关联熵值最大。研究结果可以为CFRP-钢管混凝土结构构件的理论研究和实践应用提供参考。