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《大连理工大学》 2009年
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环境与荷载共同作用下FRP加固混凝土耐久性

李杉  
【摘要】: 纤维增强聚合物(FRP)具有轻质、比强度高和易于施工等优点而广泛用于混凝土结构修补加固。但关于这类材料增强混凝土结构的耐久性研究仍不充分,尤其对遭受恶劣环境与荷载共同作用下的耐久性研究。本文结合国家自然科学基金项目“荷载和恶劣环境耦合作用下FRP增强混凝土结构耐久性研究”(50608013),研究了荷载与恶劣环境共同作用下碳纤维增强聚合物(CFRP)片材、玻璃纤维增强聚合物(GFRP)片材、CFRP与混凝土粘结性能、CFRP加固混凝土梁的耐久性能,主要包括以下几个方面: 1.根据单面搭接一维经典弹性理论,考虑胶层的弹塑性,推导了FRP单面搭接“有效粘结长度”的计算公式。并手工制作了12组FRP单面搭接试件,考察了FRP与FRP界面的粘结应力分布,对搭接长度进行了分析。试验结果表明:对于任何搭接长度工况,最大剪应力发生在搭接的端部区域;CFRP的有效搭接长度大约在75mm-100mm,GFRP的有效搭接长度大约在100mm-125mm,公式计算的有效搭接长度与试验结果吻合。根据本文的有效搭接长度,进行了荷载与恶劣环境共同作用下CFRP与CFRP搭接的耐久性试验,环境因素考虑冻融循环、干湿交替和湿热,荷载等级考虑极限荷载的30%和60%。结果表明了本文的CFRP有效搭接长度在荷载与恶劣环境(冻融循环、干湿交替和湿热)共同作用下可以满足耐久性要求。 2.研究荷载与恶劣环境共同作用下CFRP和GFRP片材的耐久性能,环境因素考虑冻融循环、干湿交替和湿热,荷载等级考虑极限荷载的30%和60%。结果表明:荷载与环境双因素作用对CFRP片材和GFRP片材的抗拉强度和延伸率影响较大,对弹性模量影响较小。根据损伤分析,给出了冻融循环与荷载共同作用下CFRP片材剩余强度损伤模型;根据试验结果,给出了冻融循环、干湿交替和湿热环境下GFRP片材抗拉强度的退化模型。 3.对遭受30℃,40℃,50℃和60℃碱溶液作用后的CFRP和GFRP片材进行了静力拉伸试验。试验结果表明:随着老化时间的增加,CFRP和GFRP片材的抗拉强度、弹性模量和延伸率逐渐降低,温度越高,降低速度越快。根据试验结果,采用修正的阿伦尼乌斯模型进行寿命预测分析。 4.研究荷载与恶劣环境共同作用下CFRP与混凝土的界面粘结性能,环境因素考虑冻融循环、干湿交替和湿热,荷载等级考虑极限荷载的30%和60%。试验结果表明:冻融循环、干湿交替和湿热环境下,对于未加载工况下,CFRP与混凝土的界面断裂能G_f、滑移量δ_f和峰值剪应力τ_f随腐蚀天数的增加逐渐降低;在持载工况下,CFRP与混凝土的界面断裂能G_f、滑移量δ_f和峰值剪应力τ_f降低程度大于未持载工况,并随着持载等级的增加,降低越大。 5.对8根荷载与干湿交替作用后的CFRP加固混凝土梁进行了试验研究。首先采用4点分加载方式对梁进行预裂,卸载后粘贴CFRP片材,然后放入腐蚀环境。荷载等级考虑极限荷载的30%和60%,干湿交替次数考虑90次和180次。试验结果表明:荷载与干湿交替双因素作用对CFRP加固梁的承载力和破坏形态影响较大,主要由于CFRP与混凝土界面的劣化引起;荷载与干湿交替双因素作用对CFRP加固梁的刚度几乎没有影响。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU375;TU746.3

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【引证文献】
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8 栗静静;磷矿渣掺合料对混凝土性能影响的研究[D];重庆大学;2007年
9 李光宇;水工胶粉混凝土力学性能及耐久性试验研究[D];西北农林科技大学;2008年
10 李小川;石棉尾矿路用混凝土试验研究[D];中南大学;2008年
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