碳纤维布与混凝土界面粘结性能试验研究

对现有结构的维修及受损结构的加固、修复是结构工程所面临的主要问题之一。碳纤维布(CFRP)作为一种新型的复合材料用来代替传统的加固材料,使用越来越普遍。由于它抗拉强度及弹性模量高、轻质、耐腐蚀、施工便利等优点,在加固领域中得到了广泛的应用。碳纤维布加固混凝土结构成功与否的关键在于碳纤维布与混凝土之间粘结性能的优劣。因此,碳纤维布与混凝土构件间的粘结性能研究成为目前国内外较为关注的重要问题。本文采用试验研究与理论分析相结合的方法,对碳纤维布与混凝土的界面间的粘结行为进行了初步的研究。 本文设计了碳纤维布加固混凝土结构界面粘结性能的试验。利用正交试验方法设计了24个试验构件,采用改变混凝土强度、碳纤维布的粘结长度及粘贴层数、布宽等参数进行了较系统的试验,分析了其对界面平均粘结强度的影响。此外,还进行了单位粘结面积上粘结强度的试验,共27个小试件。 试验过程中观测了碳纤维布沿混凝土表面的粘结长度方向的应变、承载极限状态时的粘结破坏形式等;绘制了不同荷载下碳纤维布沿长度方向粘结剪应力变化曲线,并且对试验结果进行了分析:比较了不同混凝土强度及粘结层数和粘结长度对粘结强度的影响和破坏形态的异同,以及单位面积上粘结强度的大小。 本文通过对试验结果的分析,主要研究内容和成果如下: 1.从物质微观结构方面分析了碳纤维布与混凝土粘结的层状结构模型,并结合断裂力学理论对碳纤维加固混凝土构件的粘结加固机理进行了描述; 2.通过面内弯曲剪切试验,对CFRP—混凝土界面粘结应力传递机理进行了初步分析。并结合断裂力学理论,归纳总结了碳纤维布与混凝土粘结及失效的整个过程。 3.根据试验结果和破坏机理,依据粘结—滑移理论,分析了已有的粘结—滑移关系的局限性,并建立了新的CFRP与混凝土界面间的粘结应力与滑移的τ-δ模型,利用该模型推导了粘结应力与滑移的理论公式,并提出了有效粘结长度的计算公式。 4.对试验结果及理论分析进行了总结,并对论文工作的应用前景进行了展望,提出了进一步研究工作的一些建议和设想。