碳纖維抗彎加固鋼筋混凝土梁的剝離破壞研究.pdf

1、近十幾年來(lái)，隨著材料工業(yè)的發(fā)展，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)在加固修復(fù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用迅猛發(fā)展起來(lái)。CFRP用于結(jié)構(gòu)加固具有比強(qiáng)度高、便于施工、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，然而，加固結(jié)構(gòu)容易發(fā)生剝離破壞的缺點(diǎn)成為制約其更廣泛應(yīng)用的主要因素之一。本文采用理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)研究等手段，對(duì)CFRP抗彎加固鋼筋混凝土梁的剝離破壞機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要內(nèi)容和成果如下： 對(duì)CFRP抗彎加固鋼筋混凝土梁的極限荷載和破壞模式進(jìn)行了黑箱預(yù)測(cè)。

2、在極限荷載的預(yù)測(cè)上，提出了選擇性小波網(wǎng)絡(luò)集成(GAWNSEN)方法，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)BP、標(biāo)準(zhǔn)RBF、GRNN、GASEN這四種方法的對(duì)比，顯示出其泛化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在精度和穩(wěn)定性上都符合工程實(shí)用預(yù)測(cè)的要求。在破壞模式的預(yù)測(cè)上，嘗試用決策樹(shù)提取屬性重要度和決策規(guī)則，并用支持向量機(jī)方法進(jìn)行精確預(yù)測(cè)。 采用雙重三角級(jí)數(shù)和最小余能原理推導(dǎo)了符合邊界條件的粘結(jié)應(yīng)力公式，和基于Robert解法的公式進(jìn)行了比較，并進(jìn)行了參數(shù)分析：界面剪應(yīng)力隨梁跨

3、增大而顯著增大；當(dāng)梁跨固定時(shí)，最主要的影響因素是錨固長(zhǎng)度，即隨錨固長(zhǎng)度減小，界面剪應(yīng)力顯著增大；FRP彈模和厚度的影響也較大，與剪應(yīng)力成正比；膠層厚度和彈模的影響較小。 編制了綜合考慮裂縫在單一材料和界面內(nèi)(采用VCCT方法)自動(dòng)擴(kuò)展的程序，研究片端混凝土保護(hù)層剝離破壞的裂縫發(fā)展過(guò)程，得到有關(guān)斷裂參數(shù)規(guī)律：裂縫沿縱筋水平發(fā)展時(shí)是Ⅰ型為主的復(fù)合型斷裂，在這個(gè)過(guò)程中，在CFRP片端的相應(yīng)長(zhǎng)度內(nèi)，混凝土-膠、膠-CFRP的界面剪應(yīng)力減

4、小并趨于0，該段CFRP逐漸喪失作用；裂縫沿界面擴(kuò)展時(shí)以Ⅱ型斷裂為主，然而，正常情況下，混凝土-膠界面不是薄弱環(huán)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，提出了基于線性斷裂理論的全新計(jì)算模型，推導(dǎo)了預(yù)測(cè)片端混凝土保護(hù)層剝離破壞時(shí)CFRP應(yīng)變的公式，并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做了校核，其性能優(yōu)于現(xiàn)有模型。 作為分析跨中剝離破壞的基礎(chǔ)，對(duì)直剪試件進(jìn)行了理論分析，證明當(dāng)直剪試件粘結(jié)長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)時(shí)，極限剝離荷載和粘結(jié)滑移關(guān)系的具體形式無(wú)關(guān)，只與Ⅱ型斷裂能、CFRP彈模、寬度和厚

5、度有直接關(guān)系。用散斑干涉(ESPI)作為測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了44個(gè)雙剪試件的實(shí)驗(yàn)，得到破壞形態(tài)、粘結(jié)滑移關(guān)系、斷裂能等規(guī)律：在保證膠層材料和施工質(zhì)量的前提下，CFRP-混凝土粘結(jié)件的破壞發(fā)生在靠近界面的混凝土層中，是材料破壞而不是界面破壞，根據(jù)粘結(jié)滑移曲線的包絡(luò)面積得到剝離破壞的偏保守的斷裂能為0.3到0.8N/mm；粘結(jié)滑移曲線的峰值應(yīng)力與混凝土立方體強(qiáng)度有關(guān)，應(yīng)力峰值對(duì)應(yīng)的滑移和極限滑移量受混凝土強(qiáng)度和CFRP形式等的影響不大，通過(guò)對(duì)滑移

6、剛度變化規(guī)律的分析，提出了由非線性上升段和線性下降段兩部分組成的CFRP-混凝土結(jié)合面粘結(jié)-滑移關(guān)系曲線的基本模式。 將直剪試件剝離荷載公式應(yīng)用于梁時(shí)，必須考慮梁中的橫向裂縫分布和剝離裂縫裂端約束應(yīng)力的影響。對(duì)189個(gè)對(duì)比試件進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)CFRP厚度對(duì)直剪試件與對(duì)應(yīng)受彎試件的Ⅱ型應(yīng)力強(qiáng)度因子之比的影響最顯著。通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)了橫向裂縫對(duì)剝離荷載的影響規(guī)律。推導(dǎo)了預(yù)測(cè)跨中剝離破壞時(shí)CFRP應(yīng)變的公式，并與現(xiàn)有模型做了比較。