温度-荷载耦合作用下端锚CFRP加固RC梁受弯性能研究

为研究端部锚固对碳纤维增强聚合物(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)梁高温性能的影响,进行了温度和荷载耦合作用下带有端部锚固的CFRP加固梁受弯性能试验,采用纯外贴、钢压板锚固和自锁式锚固等不同端锚形式,对比分析端部锚固措施对加固梁受弯性能的影响。结果表明：与纯外贴CFRP加固梁相比,端部锚固提高了加固梁常温及高温下的受弯性能;钢压板锚固在常温下可以有效限制CFRP端部剥离,CFRP强度利用率由43.6%提高至79.3%,极限荷载提高12%左右;但是温度达100℃后钢压板锚固无法限制CFRP剥离,承载力退化至未加固水平,加载过程中最大强度利用率只有50.5%;自锁式锚固法在任何温度下均可限制CFRP剥离,其破坏形式多为CFRP拉断,可以最大限度地提高CFRP强度利用效率;在试验温度100℃下极限荷载相比纯外贴形式的提高了22.7%,在试验温度120℃下极限荷载相比钢压板锚固试件仍提高10%。引入了承载力退化系数,给出了温度-荷载耦合作用下端锚CFRP加固梁正截面受弯承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

高性能碳纤维增强塑料(CFRP)绞线筋粘结性能研究

通过48个拉拔试件对高性能碳纤维增强塑料(CFRP)绞线筋与不同环境介质(包括普通混凝土C50、高性能混凝土C50、R42.5水泥浆以及环氧树脂等)之间的粘结性能进行了较为系统的研究。研究表明:当滑移值为0.3~0.4mm时,CFRP绞线筋的粘结应力达到最大,相比之下,钢绞线的粘结应力最大值则发生在滑移值为20mm左右时;CFRP绞线筋直径对粘结强度的影响不明显;CFRP绞线筋的锚固失效粘结强度比钢绞线大1.3~1.4倍,而钢绞线的最大粘结强度比CFRP绞线筋大1.3~1.5倍。在试验研究的基础上,本文还给出了CFRP绞线筋的粘结应力-滑移曲线的理论方程,并提出了CFRP绞线筋的相对粘结特性系数的设计建议。     

碳纤维布与高温后混凝土界面粘结性能统计分析

针对部分现有碳纤维布与高温后混凝土粘结性能试验研究成果进行统计,总结CFRP—高温后混凝土界面剪切粘结强度随粘结长度、粘结宽度和受火温度的变化规律。结果表明:随着温度不断升高,CFRP—高温后混凝土界面剪切粘结强度有先升后降的趋势,峰值强度温度区间为280℃～320℃;在20℃～300℃区间内,剪切粘结强度略有升高,提高幅度为5%,在300℃～600℃区间内,剪切粘结强度逐渐降低,降低幅度为27%,依据相关文献试验数据拟合剪切粘结强度比与受火温度关系式,可为今后进一步开展相关研究工作提供参考。     

碳纤维绞线黏结式锚具静力性能试验研究

为研究碳纤维(CFRP)绞线在以活性粉末混凝土(RPC)作为黏结介质的黏结式锚具中的合理锚固形式,通过静力拉拔试验对整束锚固、分散锚固、分散再合并锚固三种锚固形式下CFRP绞线的黏结锚固性能进行了研究。结果表明:CFRP绞线在锚固区内的锚固形式对锚固性能影响显著;分散锚固和分散再合并锚固两种形式具有更高的锚固效率,约为整束锚固的2.33倍;绞线分散锚固试件的边丝张开角大于5°或起拱角大于7°时,由于剪切效应过大易使绞线发生承载力较低的折断破坏,因此,建议绞线边丝的张开角为3°~5°或起拱角3°~7°。建立了三种锚固形式下CFRP绞线的界面平均黏结强度和临界锚固长度计算公式,试验结果验证了其适用性。     

经历不同温升作用后CFRP筋受力性能的试验研究

为研究经历不同温升作用后碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)筋材的静力性能,以筋材的处理温度为试验参数,完成9个试件的轴向拉伸试验;以筋材的处理温度和初张比为试验参数,完成15个试件的横向受力试验。结果表明：处理温度不超过100℃时,筋材的轴向拉伸、横向受力及与活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC) 间黏结强度等性能的退化程度轻微。对于轴向拉伸试验,经历30℃和100℃温升作用的试件均发生筋材拉断破坏,处理温度100℃试件的抗拉强度、极限应变和弹性模量较30℃试件分别减小2.9%、1.0%和1.6%;经历200℃温升作用的轴向拉伸试件均发生滑移破坏,筋材与RPC界面间的平均黏结强度较常温条件下降低34.5%,弹性模量较30℃试件减小9.1%。对于横向受力试验,所有试件均发生折断破坏。初张比一定时,随着处理温度由30℃增至200℃,CFRP筋的极限索力、最大索力增量及横向破断力均逐渐降低,但横向极限位移变化较小;处理温度相同时,随着初张比由0增至0.34,CFRP筋的最大索力增量、横向破断力及横向极限位移均逐渐减小,但破坏时的极限索力则逐渐增大。提出经历不同温升作用后CFRP筋横向极限位移、极限索力及横向极限荷载的计算公式,并以试验结果验证其适用性。     

GFRP/CFRP 混凝土界面剪切性能

设计GFRP/CFRP 混凝土搭接双剪试验,研究了界面糙化方式、界面剂种类以及界面形成过程中的压力和温度对GFRP/CFRP层间混杂纤维复合材料混凝土界面剪切性能的影响,并分析了各种因素的影响机理.结果表明：界面化学糙化（酸化）方式可提高界面的机械锚固性能,但降低了固化剂活性,界面剪切强度较物理糙化方式降低29%;15%（质量分数）KH550（硅烷偶联剂）界面剂能显著改善GFRP/CFRP 混凝土界面粘接性能,用其粘接的界面剪切强度较用普通E44环氧树脂界面剂提高66%;GFRP/CFRP 混凝土界面剪切强度随固化压力的增加先增加后减少,005MPa固化压力下界面剪切强度最优;常温范围内（15～45℃）,固化温度对GFRP/CFRP 混凝土界面剪切强度影响不大,但当温度低于15℃时界面的剪切性能急剧降低,且升温后界面剪切强度仍较常温固化试件差.     

CFRP布与高温后混凝土的黏结性能试验研究

为研究碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布与高温后混凝土的黏结性能,进行了CFRP布与高温后混凝土单面剪切试验。将混凝土试块分别加热到200、300、400℃和500℃,自然冷却后在其表面粘贴CFRP布,粘贴长度分别为80、120、160 mm和200 mm,研究了受火温度和黏结长度对其黏结性能的影响。结果表明,CFRP布与高温后混凝土的黏结试件发生了剥离破坏,且随着混凝土过火温度升高,破坏时剥离下来的CFRP布表面黏附的混凝土量逐渐增加。CFRP布与高温后混凝土的极限荷载随着混凝土过火温度升高呈先升高后降低的趋势,在文中研究参数范围内,均大于常温下的数值。给出了混凝土过火温度不大于600℃条件下CFRP布与高温后混凝土极限荷载计算公式,通过与本文及文献试验结果比较发现,计算值与试验值符合较好。     

动态拉伸荷载下温度对CFRP/钢板单搭接剪切接头力学性能的影响

采用真空辅助树脂灌注成型工艺（VARI）制作了CFRP,将CFRP和钢板利用环氧树脂胶黏结起来,制备了 CFRP/钢板单搭接剪切接头。利用MTS液压伺服高速机测试了试件在恒定动态加载速率（0.625 m/s）和不同温度 （-25℃,0℃,50℃,100℃）作用下的力学性能。试验结果表明,接头的拉伸剪切性能（黏结强度、界面断裂 能、剪切刚度）与温度具有相关性。在一定的范围（-25 ~ 50℃）内,随着温度的升高,接头的黏结强度和界面 断裂能随之增大,但当温度超过环氧树脂胶的玻璃转化温度时,接头的黏结强度和界面断裂能急剧下降。不同温 度下的破坏模式有所不同:在低温（-25℃和0℃）时,接头的破坏模式表现为钢板与胶层之间的界面破坏;在50 ℃时,接头的破坏模式表现为部分胶体分别残留在CFRP和钢板的混合破坏;当温度达到100℃时,接头发生胶层 与CFRP之间的界面破坏。最后,通过数字图像相关技术（DIC）对不同温度下试件的搭接区域的FRP应变场进行了 分析,结果表明搭接区域端部的应变大于内部的,且试件的破坏也从端部开始发生。     

湿热环境下预应力CFRP加固高强混凝土的耐久性

通过试验研究了湿度为98%,温度分别为20 ℃,40 ℃,60 ℃的湿热环境下预应力碳纤维增强复合塑料（CFRP）加固高强混凝土的破坏形态和承载性能,分析了预应力等级、温度、环境作用时间等因素对加固试件耐久性的影响。结果表明:经过湿热环境作用后,施加预应力等级为CFRP极限抗拉强度30%的预应力加固试件的开裂荷载和极限荷载均有不同程度的下降;随着环境温度的提高,加固试件的破坏形态逐渐由弯剪破坏转变为弯曲破坏;湿热环境作用对预应力CFRP加固试件的整体不利影响大于非预应力试件,并且随着预应力增加,不利影响会进一步加剧。     

季节温度循环后CFRP板-混凝土界面承载力模型研究

通过双面剪切试验,研究了-20～60℃的温度循环作用后CFRP板-混凝土界面极限承载力的变化规律。对比分析了未经季节温度循环和经历50、100、150次季节温度循环后材料的宏观力学性能、界面破坏特征和界面极限承载力等变化规律。结果表明：随着季节温度循环次数的增加,环氧树脂胶由于后固化作用,其抗拉强度、抗剪强度及弹性模量升高,伸长率有所降低;季节温度循环次数的增加对混凝土和CFRP板的力学性能影响较小;C30、C50混凝土强度界面破坏形式不同;随着季节温度循环次数的增加,界面极限承载力增加。同时,在Naubauer&Rostasy模型、Chen&Teng模型和陆新征模型的基础上,提出了季节温度循环后界面极限承载力修正模型,结果发现模型计算值与试验值吻合较好。