持载与干湿作用下CFRP-高强混凝土黏结性能研究

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CFRP-混凝土界面粘结性能试验研究

ＣＲＦＰ一混凝土界面粘结性能试验研究
方恩权，刘桂凤张雷顺。，ｕ，
（．同济大学地下建筑与工程系，１上海２０９；２山东理工大学建筑工程学院，００２．山东淄博２５４；３郑州大学环境与水利学院，南郑州４００）５０９．河５０２
维普资讯
第１卷第１Ｏ期２００７ຫໍສະໝຸດ ２月建筑材
料
学
报
Ｖ０．０，Ｎｏ１１１．
Ｆｅｂ．，０７２０
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＢＬＤＩＵＩＮＧＡＴＥＲＩＳＭＡＬ
文章编号：Ｏ７６９２０）１０３－０１Ｏ —９２（０７０ — ０２５
Ａｂｔａｃ：Ｔｏｃａｒｆｈｆｅｔｏｆｉｔｒａｅｂｄｐｒｐｅｔｅｎｔｒｏｒｎｃａｂｎｆｂｒｒ — ｓｒｔｌｉｙｔｅｅｆｃｎｅｆｃｏｎｏｒｉｓｏｈｅｐｅｆｍａｅｏｆｃｒｏｉｅｅｉｏｒｅａｔｃ（ｎｆｃｄｐｌｓｉＣＦＲＰ）ｓｒｎｈｎｅｒｉｏｒｅｃｃｅｅ（ｔｅｇｔｅｄｅｎｆｃｄｏｎｒｔＲＣ），ａｅｍｅｈｏｏｔｄｙｎｈｅｎｗｔｄｆｓｕｉｇｔｂｎｄｐｅｆｒａｃｗａｄｅｉｎｅｉｔｒｏｔｓｒｎｇｈｏｒｏｍｎｅｓｓｇｄｎｅｍｓｆｈｅｔｅｔｇｒｄｅａｏｆｃｎｃｅｅ，ｔＣＦＲＰｂｄｏｒｔｈｅｏｎｌｎｇｈ，ｔｏｎｄｔｎｈｅｎｕｂｒｏｆｂｄｌｙｒ．Ｒｅｕｌｓｏｆｔｅｓｕｈｏｔｔｔｒｘｅｔｈｅｂｄｗｉｈａｄｔｍｅｏｎａｅｓｓｔｈｔｄｙｓｗｈａｈｅｅｅ－ｉｔｎｅｆｃｉｅｂｄｌｎｈｏｓｓａｆｅｔｖｏｎｅｇｔｆＣＦＲＰ；ｗｈｅｅｔｅｂｏｔｅｔａｓｒｖｄｒｈｎｄｓｒｎｇｈｃｎａｌｏｂｅｄｅｉｅ．ＴｈｅｅｒｓｔｓｅｕｌｓｃｆｍｔｈｅｅｅｃＴｈｕｈｅｔｓｔｏｏｎｅｆｒａｃｓｇｎｅｕｈｏｓｉｏｎｏｒｗｉｈｏｔｒｒｓａｒｈ．ｓｔｅｔｍｅｈｄｆｒｂｏｄｐｒｏｍｎｅｄｅｉｄｂｙａｔｒｓｐｏｖｄｐｒｃｉａｅｒｅａｔｃｂｌ．Ｋｅｒｓａｒｏｉｒｒｉｆｒｅａｔｃ（ｙｗｏｄ：ｃｂｎｆｂｅｅｎｏｃｄｐｌｓｉＣＦＲＰ）；ｅｆｃｉｅｂｏｅｇｔｆｅｔｖｎｄｌｎｈ；ｂｄｓｒｎｇｈｏｎｔｅｔ

CFRP板与混凝土间粘结性能试验

ＣＲＦＰ板与混凝土间粘结性能试验
陈华，张鹏，康侃，邓朗妮
５００）３０４（．广西工学院土木建筑工程系，广西柳州１５５０；．西大学土木建筑工程学院，南宁４０６２广
摘
要：设计制作了２个梁试件，测量了以混凝土强度等级和ＣＲ板粘贴长度为设计参数的ＣＲ７ＦＰＦＰ
碳纤维增强复合材料（ＦＰＣＲ）加固混凝土结验。根据现有文献收集到的试验结果和计算模构作为一种新型的结构加固方法，近年来已在国型大多基于单面和双面拉剪试验，如ＭａｚｔｚｏｉＣｔ内外取得了非常显著的社会及经济效益。用等、陆新征等、ＫＮＡＯ等进行的试验，ＥＴＲ于加固的ＣＲＦＰ片材主要有布材和板材，ＣＲＦＰ板这些试验得到的结果相差不大，作者也给出了相是将ＣＲＦＰ纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉应的粘结强度模型。而梁式试验中粘结界面同时挤成型，厚度为１～１６ｍｍ，与直接由纤维编织承受法向拉力和剪力作用，与实际受弯构件中抗．而成的ＣＲＦＰ布相比，ＣＲＦＰ板材具有质量性能稳弯加固粘结界面的受力状态较相符。方恩权通定、施工便捷等特点，是对ＣＲＦＰ片材加固技术的过梁式试件研究了ＣＲＦＰ布材与混凝土界面粘结性

持载与干湿作用下CFRP－高强混凝土黏结性能研究

持载与干湿作用下CFRP－高强混凝土黏结性能研究
王苏岩;张所东;李璐希;洪雷
【期刊名称】《铁道科学与工程学报》
【年(卷),期】2015(000)002
【摘要】为了给结构加固补强提供真实可靠的参考，考虑结构自身持续荷载作用及海水干湿循环作用，对CFRP与高强混凝土的界面黏结性能进行研究。

利用5％浓度的NaCl溶液模拟海水，利用发明的持载装置施加持续荷载，采用双面剪切试验方法对CFRP－高强混凝土的界面黏结性能变化规律进行分析。

研究结果表明：随着干湿次数增加，界面破坏方式发生改变，黏结强度、剥离荷载、界面极限端部滑移逐渐降低；施加持续荷载作用将导致界面损伤加重，并加速界面破坏方式的转变速度。

【总页数】7页(P361-367)
【作者】王苏岩;张所东;李璐希;洪雷
【作者单位】大连理工大学建设工程学部，辽宁大连 116024;大连理工大学建设工程学部，辽宁大连 116024;大连理工大学建设工程学部，辽宁大连 116024;大连理工大学建设工程学部，辽宁大连 116024
【正文语种】中文
【中图分类】TU375
【相关文献】
1.持载和冻融循环对CFRP-高强混凝土界面的影响 [J], 王苏岩;常壮
2.持载作用下 CFRP-高强混凝土界面的抗冻性能 [J], 王苏岩;尹晓明;刘林
3.持载与湿热环境下CFRP加固高强混凝土梁结构性能研究 [J], 王苏岩;朱方芳;张红涛;刘振杰
4.海水干湿循环作用下 CFRP-高强混凝土黏结性能研究 [J], 王苏岩;张所东;李璐希;洪雷
5.硫酸盐干湿循环作用下CFRP-黏土砖界面黏结性能试验研究 [J], 靳文强;聂丹;王琦;张家玮;赵建昌;郭乐乐
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CFRP混凝土界面的动力性能试验研究

CFRP混凝土界面的动力性能试验研究摘要：碳纤维增强聚合物（CFRP）片/板被广泛用于加强缺陷钢筋混凝土结构。

现有的研究表明，外贴CFRP材料的有效性通常取决于CFRP元件和混凝土之间的结合。

目前的研究成果大多集中在静态荷载作用下碳纤维混凝土界面粘结性能研究。

在这项工作中，粘结性能进行了实验研究从动态的角度来看，通过落锤冲击试验方法，以突出的负载率的影响的粘结强度的目的。

测试结果表明，该应变分布梯度碳纤维复合材料在冲击载荷下的载荷比静态载荷下大，而只有适度影响有效键长。

一个实际的粘结滑移模型被提出来在动力条件下模拟CFRP对混凝土界面的粘结性能。

此外，从给定的一些现有的公式开始，制定准确的设计方案的基础上，在冲击荷载作用下，预测碳纤维复合材料的有效粘结长度和粘结强度。

DOI: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000677. ○C 2016 American Society of Civil Engineers.关键字：碳纤维增强聚合物(CFRP); 粘结强度;界面行为; 弯曲试验;动态负载。

简介已经恶化的混凝土结构需要升级的数量不断增加。

在过去的几十年里，通过粘接复合材料，以加强现有的混凝土结构的数量稳步增加(Teng et al. 2001)。

已对加固聚合物（FRP）加固混凝土结构进行了广泛的研究(Teng et al. 2001; Nanni 2003; Rizkalla et al. 2003; Oehlers and Seracino 2004)。

该技术的有效性主要取决于在FRP板材和混凝土基材之间的键的强度。

FRP筋与混凝土之间的粘结性能进行了广泛的研究，一些研究已经由外部应用FRP加固混凝土结构，例如, ACI 440.2R-08 (ACI 2008), FIB 2001, CNR 2004, and EN 1998-3 (CEN 2005)。

特别是，一些经验公式已经提出了粘结强度，有效粘结长度，粘结滑移模型。

CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究及有限元分析

两侧界面受力均匀ꎬ 设计了图２所示的模具ꎮ 预先在模具２个端板以及中隔板形心位置打孔以保证２根丝杆位于同一直线上ꎮ 浇筑混凝土时通过预先插入的ＰＶＣ管形成孔道ꎬ 待混凝土养护完成后拆模ꎮ 锯开ＰＶＣ管并将试块放入制作好的夹具内ꎬ 进行粘贴纤维布等后续工作ꎮ
收稿日期:２０１７￣０９￣０８ꎻ修回日期:２０１７￣１１￣２３划 (２０１３Ｋ０９￣０５)
黏结胶
受拉弹性模量 / ＭＰａ伸长率抗压强度 / ＭＰａ抗拉强度 / ＭＰａ弹性模量 / ＭＰａ
抗拉强度 / ＭＰａ
１�� ９０％
混凝土
本文通过６组ＣＦＲＰ￣混凝土界面双剪试验ꎬ 研究
２�� ７７ˑ１０４
２０１７年１２月
第５７卷第１２期
ＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
铁㊀道㊀建㊀筑
Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２０１７
Ｖｏｌ.５７Ｎｏ.１２
文章编号:１００３￣１９９５( ２０１７) １２￣０１２６￣０５
ＣＦＲＰ￣混凝土界面黏结性能试验研究及有限元分析
(１. 中交第一公路勘察设计研究院有限公司ꎬ陕西西安㊀７１００７５ꎻ２. 西南交通大学土木工程学院ꎬ四川成都㊀６１００３１)
为保证ＣＦＲＰ￣混凝土界面处于纯剪受力状态以及
㊀
图５㊀不同荷载加载下ＣＦＲＰ应变分布曲线
置见图３ꎮ 试验加载采用万能试验机ꎬ 加载过程通过位移控制ꎬ加载速度为０�� ３ｍｍ / ｍｉｎꎮ 试验共制作６组利存１ ꎬ张㊀立１ ꎬ钱永久２
摘㊀要㊀采用６组面内双剪试验研究了碳纤维增强复合材料( ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃꎬＣＦＲＰ ) 与混凝土界面的黏结行为ꎮ 为了保证双剪试件两侧界面受力均匀且处于纯剪切状态ꎬ 对传统的试件制作方法进行了改进并取得了较好的效果ꎮ 基于试验结果建立了Ｐｏｐｏｖｉｃｓ型界面黏结滑移本构关系ꎬ 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ꎮ 结果表明: 界面的峰值应力随混凝土强度的增大而增大ꎬ随外贴ＣＦＲＰ宽度的增大而减小ꎬ但界面的极限剥离荷载呈增加趋势ꎮ 与常用的２种界面极限剥离荷载计算模型对比表明ꎬ本文所提供的剥离荷载计算方法与两者较为接近ꎬ能够较好地预测ＣＦＲＰ￣混凝土界面的极限剥离荷载ꎮ 关键词㊀ＣＦＲＰ￣混凝土界面ꎻ黏结滑移本构关系ꎻ剥离荷载ꎻ有效黏结长度ꎻ峰值应力㊀㊀近年来碳纤维增强复合材料被广泛应用于混凝土结构加固中ꎮ 碳纤维布通过环氧树脂与混凝土表面黏结ꎬ外贴ＣＦＲＰ能否有效提高结构的承载力ꎬ 取决于由于ＣＦＲＰ强度较高ꎬ 加固后构件的破坏往往源于ＣＦＲＰ￣混凝土界面的破坏ꎮ 进行了大量的试验和理论研究ꎬ 提出了多种剥离荷载模型以及黏结滑移本构关系ꎮ ＨＩＲＯＹＵＫＩꎬ ＭＡＥＤＡ等

海水干湿循环作用下 CFRP-高强混凝土黏结性能研究

第５５卷第２期
２０１５年３月
大连理工大学学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏ１．５５。ＮＯ．２
Ｍａｒ．２０１５
Ｏ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
引言
由于ＣＦＲＰ（碳纤维增强复合材料）具有轻
１
试验方案
１．１试验材料
质、高强、便于施工、对结构影响小等优点，在混凝
土结构的加固、补强等方面得到了广泛的应用，同时也逐渐成为土木工程中研究和应用的热点．然而目前国内外对ＣＦＲＰ加固混凝土结构的研究还仅仅局限于普通混凝土结构，只有少数的试验研
文章编号：１０００－８６０８（２０１５）０２ — ０１６５－０６
海水干湿循环作用下ＣＦＲＰ一高强混凝土黏结性能研究
王苏岩，张所东，李璐希，洪雷
（大连理工大学建设工程学部土木工程学院，辽宁大连１１６０２４）
ＣＦＲＰ加固高强混凝土结构的耐久性能进行研究．在沿海区域，海水干湿循环作用是ＣＦＲＰ加固混凝土结构的主要限制因素之一．目前已有学
者对此进行了研究［３］，一致认为长期海水干湿循

CFRP-混凝土试块界面粘结耐久性研究

２０１９年第２期（总第１９９期）散装水泥ＢｕｌｋＣｅｍｅｎｔＮｏ．２，２０１９Ｇｅｎｅｒａ．Ｎｏ．１９９ＣＦＲＰ－混凝土试块界面粘结耐久性研究罗涵欣赵科学于硕摘要：钢筋混凝土结构在海水侵蚀作用下随着时间的增加其强度逐渐降低，为保证结构的正常使用，需采用加固措施。

本文主要研究ＣＦＲＰ—混凝土试块在人工海水环境下，随着侵蚀时间的变化，其界面粘结的耐久性变化。

关键词：ＣＦＲＰ；人工海水；界面粘结耐久性中图分类号：ＴＵ７６１．５文献标识码：Ｂ文章编号：１００７－３９２２（２０１９）－０２－００５５－０２近来来，沿海城市的跨海大桥、海底隧道等海洋建筑工程有了快速发展。

但是，由于港口设施长期在海水作用下其耐久性逐渐降低，受腐蚀情况严重，因此，对在海洋环境下建筑物的加固措施已成为当代工程领域比较热门的研究。

碳纤维增强塑性复合材料（ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒ，简称ＣＦＲＰ）是一种新型的、抗拉性能好、耐腐蚀的新型材料，适用于对海洋环境下建筑物的加固。

随着ＣＦＲＰ应用越来越广泛，对其耐久性的研究也成为工程界研究的一个热点。

但是，随着海水腐蚀时间的加长，其耐久性也会降低，特别是在ＣＦＲＰ与混凝土粘结处的界面处受到的影响更大。

因此，本文通过ＣＦＲＰ片材与混凝土试块粘结，并在人工海水中浸泡，为减少浸泡时间，通过文献建议采用五倍海水浓度，将浸泡后的试件进行双剪试验，研究在海水腐蚀下ＣＦＲＰ片材与混凝土界面的破坏形式及破坏过程，并分析其界面粘结性能的耐久性的影响。

一、试验内容１、试验目的通过ＣＦＲＰ片材与混凝土试块之间的单侧固定双剪试验，深入研究在五倍海水浓度溶液中，不同龄期下ＣＦＲＰ片材与混凝土之间界面的粘结性能，分析剥离破坏机理。

２、试验方法单侧固定双剪试验，对照试验。

３、测定指标极限承载力，应变片应变。

二、试验操作１、试验器材及物品液压千斤顶、压力传感器、ＣＦＲＰ片材、应变片、应变仪、环氧树脂、固化剂、五倍海水浓度溶液、级配良好的砂和石、普通硅酸盐水泥、混凝土搅拌机、角磨机、刷子、卷尺。

CFRP筋嵌贴加固混凝土受拉构件界面力学性能有限元答辩

CFRP筋嵌贴加固混凝土受拉构件界面力学性能有限元分析【中文摘要】近二十年来纤维增强塑料(fiber-reinforcedplastic/polymer,FRP)以其轻质、高强、耐腐蚀、抗疲惫等诸多优点,被广泛应用于建筑结构加固工程。

采用“表层嵌贴”(near-su***ce mounted,NSM)FRP法加固混凝土结构是一项近几年才被提出的加固新技术。

由于表层嵌贴法较传统的加固方法有很多上风,因此这项技术在工程加固领域具有广阔的应用远景。

本文以碳纤维(Carbon Fiber-Reinforced Plastic/Polymer,CFRP)筋嵌贴加固混凝土受拉构件界面力学性能为研究内容。

在外力作用下,由于CFRP筋、环氧树脂粘结剂以及混凝土三种材料的性质存在差异,材料间的粘结界面为受力的薄弱环节。

结合FRP筋混凝土结构和FRP片材粘贴于混凝土表面的粘结机理,分析CFRP筋嵌贴于混凝土表层粘结体系两种界面粘结破坏,分别为粘结剂一混凝土界面破坏和CFRP筋—粘结剂界面破坏,界面上的粘结力学性能可以用粘结剪应力—滑移关系模型模拟。

基于非线性有限元理论和CFRP筋嵌贴加固混凝土构件粘结剪应力滑移关系数学模型,利用ANSYS有限元软件建立不同嵌贴槽尺寸的CFRP筋嵌贴于混凝土表层受拉试块有限元模型,对CFRP筋嵌贴于混凝土表层的两种界面粘结破坏进行有限元模拟分析。

在有限元模型中,采用Solid65单元模拟混凝土和粘结剂,Pipe20单元模拟CFRP筋,Combine39弹簧单元模拟模型的粘结破坏界面。

利用有限元分析结果对粘结剂—混凝土界面上的粘结剪应力—滑移关系进行改进。

最后,利用有限元模型中粘结破坏界面上纵切向弹簧单元Combine39的单元力研究粘结破坏界面的纵向力学性能,并得到粘结破坏界面上粘结剪应力沿嵌贴长度的分布规律。

根据粘结破坏界面沿嵌贴长度的力学行为定义了在拉力N作用下,CFRP筋嵌贴加固混凝土受拉构件发生界面粘结破坏时所需的嵌贴锚固长度。

CFRP加固高强混凝土方柱的延性性能试验分析与计算

CFRP加固高强混凝土方柱的延性性能试验分析与计算王苏岩;余文华;曹怀超;刘毅【摘要】To investigate the seismic behaviors of high-strength reinforced concrete (RC) square columns strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP), the low cyclic loading test of thirteen high-strength RC square columns was conducted. The seismic behaviors of columns, such as failure patterns, hysteresis behaviors, skeleton curves, energy dissipation capacity and ductility were studied, and the influences of axial load ratio, shear span ratio and CFRP strengthening volume on the ductility of high-strength RC square columns were discussed. The calculation formulae of CFRP effective constraint coefficient and displacement ductility coefficient were proposed. Results show that the ductility and energy dissipation capacity can be significantly reduced as the increase of axial load ratios or the decrease of shear span ratios; CFRP can observably improve the ductility and energy dissipation capacity of high-strength RC square columns; compared with the columns without CFRP, the seismic behaviors of columns with high axial load ratio or low shear span ratio are improved more obviously after being strengthened with CFRP in transverse) and the ductility, energy dissipation capacity increase with the increases of strengthening volume, but the improvement extent reduces gradually.%为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土方柱的抗震性能,对13个高强混凝土方柱进行低周反复荷载试验,研究了试件破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能能力和延性等抗震性能,探讨了轴压比、剪跨比、CFRP加固量对高强混凝土方柱延性性能的影响,给出了计算CFRP布有效约束系数和位移延性系数的公式.结果表明:随着轴压比增大、剪跨比减小,试件耗能能力和延性降低;横向包裹CFRP布可以显著改善高强混凝土方柱耗能能力和延性;与未加固试件相比,横向包裹CFRP布对轴压比较大或剪跨比较小试件的延性提高效果更为显著;随着加固量的增加,试件的耗能能力和延性增大,但增加幅度逐渐降低.【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2012(029)002【总页数】9页(P21-29)【关键词】CFRP;高强混凝土方柱;加固;延性;低周反复荷载;抗震性能【作者】王苏岩;余文华;曹怀超;刘毅【作者单位】大连理工大学建设工程学部,辽宁大连116024;中冶京诚工程技术有限公司,北京100053;大连理工大学建设工程学部,辽宁大连116024;大连理工大学建设工程学部,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TU375.30 引言随着结构向大跨、重载、高层、超高层体系的发展，高强混凝土在土木工程中的应用也越来越多。

CFRP-混凝土界面粘结行为解析分析(精)

理论角度分析 CFRP- 混凝土界面的粘结滑移模型 , 推导有效粘结长度及粘结剪应力的计算公式 , 并将其计算结果与试验结果及其他文献进行对比 , 有效粘结长度公式计算值与其吻合较好。此外对粘结剪应力公式的进一步修正进行讨论。关键词 : CFRP 粘结 - 滑移应变剪应力混凝土
[ 2- 5]
a- 剪滞型 ; b- 单线型 ; c- 曲线型 ; d- 双线型 ; e- 矩形型图1 Fig. 1 粘结滑移模型 Bond - sl ip models
。图 1 中 ,
本文主要依据文献 [ 6] 中所做的 CFRP 与混凝土粘结性能试验来探讨碳纤维布与混凝土界面间的
* 河南省科技攻关计划项目 ( 991150224) 。第一作者 : 方恩权男 1980 年 8 月出生博士研究生
式中 , G p 、 G r 分别为面胶和底胶的剪切模量 ; t p 、 tr 分别为面胶和底胶的厚度。试验中所用粘贴材料的
D 为混凝土底面与 CFRP 纤维布之间的相对滑移, Sf 为界面剪切强度 , G f 为图 1 中滑移曲线所围面积 , 代表单位面积的粘结单元剥离所需要的能量。 1 计算模型和基本假设
E- mail:ห้องสมุดไป่ตู้fenser@ sohu. com
收稿日期 : 2006- 11- 02
66 Industrial Construction Vol1 37, No1 7, 2007
。
[ 2, 5]
有关试验结果表明
, 很多 CFRP 加固混凝土
结构都是因为界面剥离而破坏的。因此, 为建立相应的设计计算方法, 安全可靠地应用这项加固技术 , 有必要对 CFRP 与混凝土的界面行为进行深入研究, 并提出准确可靠的界面粘结应力与滑移关系的本构模型( 以下简称为粘结滑移模型 ) 。目前 , 国内外学者探讨过的 5 种模型如图 1 所示

CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能

CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能胡晔;陈力;方秦;郑康;高飞【摘要】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.%Carbon fibre reinforced polymer ( CFRP ) has been widely applied in retrofitting and repairing components and structures. To study more about the mechanical property of CFRP retrofitted concrete structures,the quasi-static stretch-shear test was carried out to study the shear-slip performance of CFRP-concrete interface. The shear stress-displacement relationship and strain distribution of CFRP were obtained, and failure modes of the CFRP-concrete interface were observed. The shear-slip failure mechanism of the CFRP-concrete interface was revealed. A refined FE model of the CFRP-concrete interface was established and the simulated results were compared with the test results. It shows that a brittle shear failure occurs in the CFRP-concrete interface,which mainly located in the concrete layer.Theshear resistance of the interface depends on the concrete shear strength.It is difficult to predict the coming failure interface by monitoring the development of CFRP strain in the initial loading stage.Though a non-bond zone was set,a triangle concrete block was still pulled down at the end of the specimen whose size depends on the effective bonding area.CFRP strain increased linearly with the loading around the junction of the bonding zone. The effective bonding length is 51% of the whole bonding length. Numerical results are consistent with the test data,which also validates the FE model.【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(039)005【总页数】9页(P19-26,38)【关键词】双剪试验;CFRP-混凝土界面;黏结性能;应变【作者】胡晔;陈力;方秦;郑康;高飞【作者单位】陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室,江苏南京 210007;陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室,江苏南京 210007;陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室,江苏南京 210007;陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室,江苏南京 210007;陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室,江苏南京 210007【正文语种】中文【中图分类】TU317.1;TU375碳纤维增强聚合物(CFRP)编织布材料因其良好的力学性能和施工便利性,广泛应用于混凝土结构的加固和修复,用于抵抗地震、爆炸和冲击等强动载作用。

硫酸盐干湿循环作用下CFRP-粘土砖界面粘结性能研究

硫酸盐干湿循环作用下CFRP-粘土砖界面粘结性能研究硫酸盐干湿循环作用下CFRP-粘土砖界面粘结性能研究摘要：随着现代建筑工程对建材性能的要求日益提高，纤维增强复合材料（CFRP）在建筑领域中得到了广泛的应用。

然而，CFRP与传统建筑材料之间的粘结性能问题一直是研究的热点之一。

本文以CFRP和粘土砖为对象，重点综述了硫酸盐干湿循环对CFRP-粘土砖界面粘结性能的影响，并提出了相应的解决方案。

1.引言CFRP作为一种高强度、高刚度的复合材料，具有优异的力学性能，被广泛应用于加固和修复工程中。

然而，CFRP与粘土砖的粘结性能问题制约了其应用范围的拓展。

硫酸盐干湿循环是建筑材料在环境中长期暴露所受到的一种循环作用，对CFRP-粘土砖界面粘结性能有着显著的影响。

2.硫酸盐腐蚀对CFRP-粘土砖界面粘结性能的影响2.1干湿循环过程中硫酸盐腐蚀的机理干湿循环过程中，粘土砖内部的水分会被吸附和扩散，当含有硫酸盐的水分进入到CFRP-粘土砖界面，硫酸盐会与CFRP的树脂基质发生反应，导致CFRP-粘土砖界面失去粘结力。

2.2硫酸盐腐蚀对CFRP-粘土砖界面粘结强度的影响硫酸盐腐蚀会导致CFRP-粘土砖界面的粘结强度下降。

实验结果表明，在硫酸盐干湿循环作用下，CFRP-粘土砖界面的粘结强度呈现出逐渐减小的趋势，直至失去粘结力。

3.改善CFRP-粘土砖界面粘结性能的方法3.1 表面处理方法通过在粘结界面施加表面处理剂，如有机硅等，可以降低硫酸盐腐蚀对CFRP-粘土砖界面粘结性能的影响。

实验结果表明，表面处理可以有效地提高CFRP-粘土砖界面的粘结强度并延长其使用寿命。

3.2 材料改性方法通过改变CFRP和粘土砖的材料组成和结构，提高其耐硫酸盐腐蚀性能，可以改善CFRP-粘土砖界面的粘结性能。

实验结果表明，通过添加防腐剂等改性方法可以显著提高CFRP-粘土砖界面的粘结强度和耐久性。

4.结论硫酸盐干湿循环对CFRP-粘土砖界面粘结性能有着显著的影响。

CFRP预应力筋超高性能混凝土梁受力性能研究共3篇

CFRP预应力筋超高性能混凝土梁受力性能研究共3篇CFRP预应力筋超高性能混凝土梁受力性能研究1CFRP预应力筋超高性能混凝土梁受力性能研究CFRP预应力筋超高性能混凝土梁是近年来广泛关注的一种新型建筑结构材料。

该材料以超高强度混凝土为主体，通过预应力筋的应用，增强了材料的承载能力、抗震性能和耐久性。

本文分析CFRP预应力筋超高性能混凝土梁的受力性能。

一、材料特性CFRP预应力筋超高性能混凝土梁的主要材料为混凝土和CFRP预应力筋。

混凝土的强度等级多为C60及以上，少量钢纤维加入有助于提高混凝土的韧性和抗裂能力。

CFRP预应力筋具有顶级的拉伸强度和模量，其线膨胀系数与混凝土相近，且不易生锈腐蚀。

此外，CFRP预应力筋还具有轻重比低、易加工、易运输等优点。

二、受力形态CFRP预应力筋超高性能混凝土梁的受力形态主要为弯曲和剪力。

弯曲变形一般表现为中性轴以下的拉应变和上部的压应变；而剪切应变一般表现为在板混凝土两侧各自呈现出剪应力，且大小相等，方向相反。

预应力筋的作用是抵消混凝土受拉应力，并有效防止梁在弯曲和剪力作用下的破坏。

三、影响因素CFRP预应力筋超高性能混凝土梁的受力性能主要受以下因素影响：1、预应力筋的应力水平：预应力筋的应力水平直接影响到混凝土的应力状态。

当预应力筋的应力水平较小时，混凝土的受力性能会比较稳定，但在极限荷载下容易发生可塑性弯曲，导致梁部分开裂。

当预应力筋的应力水平较高时，混凝土可能会产生裂缝，但在极限荷载下梁体整体的受力性能会更好。

2、CFRP预应力筋的位置：CFRP预应力筋的位置决定着预应力的传递路径和混凝土的受力状况。

把预应力筋放置在混凝土板的下部，在弯曲载荷下有助于防止板下部的拉伸破坏；而把预应力筋放置在混凝土板的上部，则可以抑制裂缝的发展并提高梁的整体受力性能。

3、混凝土强度等级：混凝土的强度等级与梁的受力性能密切相关。

如果混凝土的强度等级过低，则梁容易在极限荷载下发生裂缝或塑性破坏；如果混凝土的强度等级过高，则梁的初始刚度会较高，但在弯曲载荷下抵抗力却会降低。

湿热环境下预应力CFRP加固高强混凝土的耐久性

湿热环境下预应力CFRP加固高强混凝土的耐久性洪雷;马腾龙;王苏岩【摘要】The failure patterns and bearing performances of high strength concrete specimens strengthened with prestressed carbon fiber reinforced polymer (CFRP)were studied by experiments under wet-thermal environment where the humidity was 98//％ and the temperatures were 20 ℃,40 ℃,60 ℃.The influences of different factors including prestressed degree,temperature and environment action time on durability of strengthened specimens were analyzed.The results show that the cracking loads and ultimate loads of specimens strengthened with prestress being 30％ of tensile strength for prestressed CFRP decline in varying degrees after being subjected to wet-thermal environments.With rising of the environment temperature,the failure patterns change from bending shear failure to flexural failure.In addition,the overall adverse effects of wet-thermal environments on specimens strengthened with prestressed CFRP are greater than those on specimens strengthened without prestressed CFRP,and the adverse effect will be aggravated when prestress rises.%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.【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2017(034)001【总页数】7页(P25-31)【关键词】CFRP;高强混凝土;耐久性;湿热环境;预应力;开裂荷载;极限荷载【作者】洪雷;马腾龙;王苏岩【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TU528碳纤维增强复合塑料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)在土木工程混凝土结构加固修复技术领域已经应用得十分广泛[1]。

高负载下外贴式CFRP片材加固钢筋混凝土梁的耐火性能分析

高负载下外贴式CFRP片材加固钢筋混凝土梁的耐火性能分析徐杰;尹仲昊;韩庆华;熊春宝【摘要】使用ABAQUS软件建立数值模型分析高温下CFRP加固梁的性能.考虑了CFRP-混凝土接触面的黏结-滑移效应,并将数值分析结果与试验结果对比,验证了模型的有效性.利用验证后的模型进行了大量数值分析,考虑了端部约束、荷载比、防火层厚度、黏结长度、受火条件等对试件耐火性能的影响.结果表明,设置端部约束可以有效提高试件的耐火极限,其中边缘约束和全长约束分别可以提高试件的耐火极限约40％,和80％,;试件的耐火极限随荷载比的增大而减小,随防火层厚度的增大而增大.以此为基础,提出了CFRP加固梁的耐火极限的回归预测模型,可以为工程设计提供参考.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2018(051)011【总页数】11页(P1160-1170)【关键词】耐火极限;CFRP;加固;有限元模型【作者】徐杰;尹仲昊;韩庆华;熊春宝【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津 300072;滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学),天津 300072;天津大学建筑工程学院,天津 300072;天津大学建筑工程学院,天津 300072;滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学),天津 300072;天津大学建筑工程学院,天津 300072【正文语种】中文【中图分类】TU375.1碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer，CFRP)是一种性能优越的新型加固材料，广泛应用于钢筋混凝土结构的加固．其中最为常见的加固形式是外贴式加固(externally bonded reinforced，EBR)，即使用基体材料将CFRP材料直接粘贴在结构外表面，起到加固作用．这种加固形式在常温下的性能已经得到充分的研究，并制定了相关的规范[1-3].外贴式加固技术所使用的黏结剂一般为环氧基材料，其对温度变化较为敏感[4]，当温度超过黏结剂的玻璃化温度Tg时，基体会发生软化，导致CFRP体系剥离．所以抗火是CFRP加固结构中必须分析的重要问题之一．外贴式加固梁在高温下的失效模式受外荷载的影响较大．在高负载下，外贴式加固梁的主要失效模式是CFRP片材剥离导致构件丧失完整性而失效[5-6]．目前，国内外对于外贴式CFRP加固结构耐火性能的研究主要是通过试验的方法．Blontrock等[7]首先对6根EBR-CFRP加固钢筋混凝土梁进行了耐火试验，研究了防火板尺寸、位置、黏结方式等对试件耐火极限的影响．结果发现，当CFRP的温度达到66～81,℃时，CFRP片材从混凝土梁上剥离．随后，Williams等[8]、Green等[9]和Grace等[10]分别对不同的EBR-CFRP加固钢筋混凝土梁进行了类似的耐火试验，发现试件的耐火极限受防火体系、基体材料、加载方式等多种因素影响．文献[11-15]分别进行了一系列采用EBR-CFRP加固的大型钢筋混凝土梁的耐火性能试验．重点研究了防火板的材料、厚度以及裂缝分布等对试件耐火性能和破坏形态的影响．对于高负载下CFRP加固梁的模拟，目前国内外相关研究较少，且大多未考虑CFRP-混凝土接触面随温度变化的黏结-滑移关系．Hawileh等[16]首先使用ANSYS软件中设置生死单元的方式，通过一定的假设间接考虑CFRP-混凝土接触面抗剪刚度的退化．虽然模型与Williams等[8]的试验结果吻合较好，但是没有考虑CFRP-混凝土接触面的力学特性，无法模拟CFRP的剥离破坏．Ahmed等[17]采用自行编制的程序对EBR-CFRP加固梁的高温性能进行了模拟．模型考虑了CFRP-混凝土界面的黏结强度随温度的退化，引入了高温下CFRP-混凝土界面的黏结-滑移关系，并采用温度、挠度双重判据模拟CFRP的剥离破坏，模型结果与试验吻合较好．Firmo等[5-6]进一步应用ABAQUS软件分别建立了EBR-CFRP 加固钢筋混凝土梁的二维模型，引入双线性本构关系，考虑了CFRP-混凝土界面的高温黏结特性，研究了多种防火体系下EBR-CFRP加固梁的耐火极限．到目前为止，EBR-CFRP加固钢筋混凝土梁的抗火性能分析一般以抗火试验为主，有限元计算较少．而试验研究有一定的局限性，特别是在分析构件在火灾中的力学响应和破坏机理时，且已有的数值分析大多没有考虑高温下CFRP-混凝土的黏结-滑移效应．另外，已有试验一般是对CFRP片材的两端进行约束(如设置锚固压条)来加强CFRP片材与混凝土间的黏结，防止CFRP片材发生剥离破坏[13-14]．已有研究大多没有考虑其对试件耐火极限的影响，因此，本文基于数值分析，引入随温度变化的黏结-滑移本构来模拟CFRP-混凝土的黏结效应，研究了包括端部约束形式在内的多种因素对EBR-CFRP片材加固钢筋混凝土梁的耐火极限的影响，弥补了已有研究的不足．本文的模型参照Firmo等[6]的试验中的试件进行设置．Firmo等对10个EBR-CFRP加固混凝土梁进行了标准耐火试验．所有混凝土梁长为1,500,mm，宽为100,mm，高为120,mm，保护层厚度为15,mm，纵向钢筋均为2f6，箍筋为f6@60．CFRP片材的厚度为1.4,mm，宽度为20,mm，长度为1,100,mm，粘贴于梁的底面．另外，在梁的底面粘贴硅酸钙(calcium silicate，CS)板进行防火处理，两侧面安装岩棉进行绝热处理．梁底部放置电火炉，对试件温度进行控制．CS板的厚度为25～75,mm，其在梁的跨中和两端锚固区的取值不同，跨中的防火层厚度要小于锚固区(见表1)．这种防火体系可以充分提高材料利用率，有效增大试件的耐火极限[5]．试验装置的布置如图1所示．高温下材料属性对CFRP加固钢筋混凝土梁的耐火极限有较大的影响，因此模型中材料本构均引入了温度自由度．各材料常温下力学性能均取Firmo 等[6]的试验中的测量值．其中，混凝土平均圆柱体抗压强度为37,MPa，平均弹性模量为31,GPa，平均开裂应力为3.6,MPa；钢筋平均抗拉强度为546,MPa，泊松比为0.3．图2中给出了材料的热工系数．高温下钢筋与混凝土材料的力学性能按照Eurocode 2[2]进行定义．CFRP是正交各向异性材料，抗弯加固中沿纵向受力，所以有限元模型中近似将CFRP定义为线弹性材料，忽略其各向异性的特点．CFRP常温下力学性能参照Firmo等[6]的试验中的测量值定义，其中抗拉强度为2,076,MPa，弹性模量为189,GPa，泊松比为0.3．CFRP的力学性能随温度的变化按照Yu等[4]提出的预测公式进行定义．各材料的密度、比热容以及热传导率随温度的变化均按照Eurocode 2[2]进行定义．CS板的热工系数参照供应商给出的数据定义[6]，常温下热传导率为0.09,W/(m·K)，比热容为815,J/(kg·K)．另外，CS板密度很小，所以不考虑其力学贡献．CFRP-混凝土间的黏结剂一般为基体材料，对温度变化较为敏感，其各项力学性能在高温下会发生明显退化，表现出强烈的非线性关系[15]．Yuan等[18]通过线弹性断裂力学的方法求解了常温下CFRP-混凝土界面的黏结-滑移关系(如式(1)和(2)所示)，图3给出了其受力计算简图．基本假定为：①CFRP 片材、黏结层和混凝土的宽度、厚度在火灾全过程中保持不变；②黏结剂在火灾全过程中保持线弹性．式中：τ为黏结剪应力；τf,T为局部黏结强度；Gf,T为界面断裂能；δ为CFRP-混凝土的相对滑移；ap,T和ac,T分别为CFRP和混凝土的热膨胀系数；ΔT为温度增量；Ep,T和Ec,T分别为CFRP和混凝土的弹性模量；bp、tp分别为CFRP片材的宽度、厚度；bc和tc分别为混凝土截面的有效宽度和有效高度．由于精确模型较为繁琐，不便于应用，很多学者通过常温抗拔试验，提出多种常温界面黏结-滑移的简化本构方程[19]．根据常温试验的拟合结果来看，双线性黏结-滑移本构关系与试验结果较为接近[20]．实际上，CFRP-混凝土界面黏结层包括两个接触面(CFRP-黏结剂、黏结剂-混凝土)，而两者间的黏结剂呈线弹性(假定②)，为了简化计算，将CFRP-黏结剂-混凝土三者的相互作用等效为CFRP-混凝土间的黏结性能，且采用双线性关系表达，如图4所示．不同温度下CFRP-混凝土的黏结-滑移关系均可采用双线性本构关系来表达，其峰值和极限滑移根据相应温度下CFRP-混凝土抗拔试验取值．本模型采用在ABAQUS中设置黏结属性的方式间接模拟CFRP在高温下的滑移和剥离，并采用双线性本构关系进行表达，如图5所示．不同温度下的峰值和极限滑移根据Ahmed等[21]、Arruda等[22]的试验进行取值，如表2所示，其中K为曲线上升段的斜率，τLM为最大抗剪强度，即峰值应力大小；SL0为最大滑移，即曲线下降段与横轴的交点．本文取对称模型计算分析，采用顺序热-力耦合来模拟实际耐火试验：首先进行热传导分析，得出梁截面的温度场数据；之后将温度场数据作为初始温度场导入静力模型，进行热-力耦合分析．热传导分析中，混凝土与防火材料(CS板)选用8节点单元(DC3D8)，钢筋选用2节点链杆单元(DC1D2)，CFRP片材选用壳单元(DS4)；静力分析中(忽略CS板的承载作用)，混凝土选用8节点六面体单元(C3D8R)，钢筋选用2节点桁架单元(T3D2)，CFRP片材选用4节点壳单元(S4R)．热传导分析与热-力耦合分析使用相同的网格划分方式．混凝土的网格尺寸为20,mm×20,mm×20,mm，CFRP片材的网格尺寸为20,mm×20,mm，CS板的网格尺寸为10,mm×10,mm×10,mm(见图6).分别将文献[6]中常温下静力加载试验与耐火性能试验的结果与有限元计算结果进行对比，验证模型的有效性．图7给出了常温静力加载下试验与有限元的荷载-位移曲线的对比．可以看出，未加固梁出现了延性破坏特征，而加固梁则表现出脆性破坏特征．加固梁的荷载-位移曲线发生了明显的突变，可能的原因是随着外荷载增大，CFRP片材与混凝土表面的黏结剪应力和相对滑移距离也不断增大，当两者相对滑移距离超过其极限滑移距离时，CFRP片材从混凝土表面剥离，导致梁的刚度突然降低，进而挠度发生突变(见图8)．热传导分析中跨中截面黏结剂的温度与试验实测值的对比如图9所示，可以看出两者吻合较好．其中试件25-0、75-25中实测值与计算值误差较大，可能的原因是有限元模型中各材料的热工性能是按照规范[2]及供应商提供的资料[6]来定义的，与实际材料性能存在差异．另外，随温度升高，混凝土、CS板中水分子的转移以及CS板开裂，也可能是相对误差产生的原因．图10给出了热-力耦合分析中，有限元模型与试验中梁跨中挠度随升温时间的变化规律(横坐标零点代表升温开始的时刻)．材料的强度和刚度随着温度的增大而逐渐减小，跨中挠度不断增大．可以发现，随着CS板厚度的增大，试件的耐火性能也不断增大．数值分析与试验中，梁跨中的位移-时间曲线均发生了一个明显的突变，此时CFRP发生剥离，试件刚度发生了明显降低而不适于继续承载，所以本文认为从开始升温至位移发生突变所经历的时间即为试件的耐火极限．图10中，耐火极限的实测值与计算值的相对误差均在20%,以内，说明有限元模型可以较为精确地评估梁的耐火性能．本文在原有模型基础上，在CFRP片材端部增加了端部约束(无约束、边缘约束及全长约束)，来研究不同端部锚固形式对试件耐火极限的影响(见图11)．采用锚固压条形式进行约束，其厚度与梁底面粘贴的CFRP片材相同．其中，无约束是指不设置端部约束；边缘约束是指仅在CFRP边缘处设置锚固压条；全长约束是指沿黏结长度均匀设置3个锚固压条．有限元分析中，锚固压条的CFRP-混凝土的黏结-滑移特性与抗弯加固的CFRP片材相同，采用随温度变化的双线性本构关系．影响EBR-CFRP片材加固钢筋混凝土梁耐火极限的因素有很多，其中防火层的导热系数、厚度和布置方式、胶体材料的玻璃化温度、CFRP的锚固形式和加固量是主要影响因素，而混凝土的强度、骨料的种类的影响不是很明显[23]．本文应用验证后的有限元模型，针对高温下EBR-CFRP加固钢筋混凝土梁的耐火极限，选择了端部约束形式(无约束、边缘约束、全长约束)、受火条件(单侧受火、三侧受火)、黏结长度(100,mm、200,mm、400,mm、全黏结)、防火层厚度(20,mm、30,mm、40,mm、50,mm)、荷载比(0.70、0.75、0.80)等5个参数进行了大量数值分析，各参数取值见表3．为了精确模拟试件的实际受火情形，数值分析中升温条件按照ISO-527-5[24]中的标准升温曲线设定．此外，本文主要研究EBR-CFRP 片材加固钢筋混凝土梁的黏结失效，所以试件失效的判别标准为CFRP片材剥离(跨中位移发生突变)．图12给出了荷载比、防火层厚度、黏结长度和受火条件对CFRP锚固区域平均黏结剪应力的影响．可以发现，荷载比和黏结长度对黏结剪应力影响较大，防火层度及受火条件对黏结剪应力影响较小．黏结剪应力随荷载比的增大而增大，随黏结长度的增大而增大．随防火层厚度增大，最大黏结剪应力变化不大，但曲线的平滑段增大(见图12(b))．受火条件的改变对黏结剪应力的影响较小(见图12(d)).防火层厚度和受火条件的改变仅影响梁截面的温度场分布，而温度场的改变对于锚固区域的最大黏结剪应力影响很小．图13给出了荷载比、防火层厚度、黏结长度和受火条件对CFRP锚固区域平均滑移的影响．可以发现，开始升温时所有试件的滑移几乎为零．随着升温时间增大，CFRP开始滑移的时刻相同，但CFRP剥离时的最大滑移有所差异(见图13(a)和13(c))．从图13(b)和13(d)中可以发现，试件开始滑移的时刻差异较大，平均滑移量随升温时间表现出较大的非线性．图13(c)为CFRP黏结长度对试件锚固区域平均滑移量的影响．可以发现，当l0≤400,mm时，CFRP的最大滑移随着黏结长度的增大而增大；当CFRP沿全长黏结(l0＝550,mm)时，试件的最大滑移量没有增大反而减小．可能的原因是黏结长度过大，应力集中现象明显，导致黏结力分布不均匀，CFRP提前发生了剥离破坏．图14给出了荷载比对试件耐火极限的影响(全长约束，l0＝200,mm，单侧受火)．荷载比是影响试件耐火极限的重要因素，且荷载比与其他参量相互耦合的程度较低[25]．可以发现，荷载比对试件耐火极限的影响较大，试件的耐火极限随荷载比的增大而减小．荷载比的增大会引起锚固区域平均黏结剪应力的增大(见图12(a))．对于荷载比较大的试件，其黏结力将更快达到极限黏结力，所以随着荷载比增大，CFRP发生剥离破坏的时刻将提前．还可以发现，荷载比对不同约束形式的试件的影响类似．在高负载(0.70～0.80)情况下，可以认为试件的耐火极限随荷载比是呈线性变化的．图14(b)给出了试件耐火极限关于荷载比的拟合结果．随荷载比增大，试件的耐火极限大致呈线性下降趋势，可用下面的公式来对有限元结果进行拟合：式中：a1、a2为常数；γ为荷载比．通过回归分析可得，a1＝59.9，a2＝－54．图15给出了防火层厚度对试件耐火极限的影响(边缘约束，l0＝200,mm，单侧受火)．防火层可以有效隔绝火源，使基体材料的温度保持在玻璃化温度Tg以下，进而可以提高试件的耐火性能．由于荷载比对试件耐火性能影响较大，为了使数据更加直观，避免离散性过大，之后图中数据点如无特殊说明，均取为不同荷载比(0.70、075、0.80)的试件的平均值．从图15(a)中可以看出，随着防火层厚度增大，试件的耐火极限也不断增大．主要原因是防火层的厚度影响了梁截面的温度场分布．增大防火层厚度可以有效降低试件锚固区平均温度，进而延缓CFRP的剥离．图15(b)给出了试件的耐火极限关于防火层厚度的拟合结果．其中，对各试件的耐火极限以防火层厚度为20,mm的试件的耐火极限为单位1，进行标准化处理，且可用式(4)来对有限元结果进行拟合，即式中：b1、b2、b3为常数；c为防火层厚度，mm．经过回归分析可得b1＝0.106,82，b2＝0.034,71，b3＝5.021,01×10-4．图16给出了CFRP片材的黏结长度对试件耐火性能的影响(无约束，单侧受火)．可以看出，试件的耐火极限随黏结长度的增大而增大，但是当黏结长度达到400,mm(约为总跨度的1/3)时，耐火极限受黏结长度的影响较小．可能的原因是黏结剪应力的大小沿锚固区域分布不均匀，当黏结长度过大时，黏结剪应力受混凝土裂缝分布的影响较为显著．由于混凝土开裂，跨中部分的黏结剂承担的剪应力较小，所以当黏结长度较大时，继续增大黏结长度对提高试件耐火性能的贡献不大．可以认为，高温下CFRP-混凝土存在“有效黏结长度”，当黏结长度达到有效黏结长度后，试件的耐火极限随黏结长度的增加几乎不变．从图16(a)中可以发现，防火层厚度对有效黏结长度的影响很小，这说明温度场分布对有效黏结长度的影响不大．图16(b)给出了试件的耐火极限关于黏结长度的拟合结果，其中以黏结长度为200,mm的试件的耐火极限为单位1，对所有试件的耐火极限进行标准化处理．可以看出，随黏结长度增大，试件的耐火极限先是呈线性增大，之后趋于平稳，可用下面的双线性公式来对有限元结果进行拟合，即式中：ξ1、ξ2为常数；l、l0分别为黏结长度、有效黏结长度，mm．经过回归分析，可得ξ1＝0.509,33，ξ2＝0.002,38．图17给出了不同受火条件对试件耐火性能的影响(无约束，l0＝200,mm)．有限元模型中，两侧面防火层厚度与底面相同，升温曲线均采用标准升温曲线[24]．可以发现，三侧受火条件下试件的耐火极限要小于相应单侧受火条件下的耐火极限，且减小幅度受保护层厚度的影响较大．相对于单侧受火情况，试件在三侧受火条件下的耐火极限约降低30%,．图18给出了不同锚固条件对试件耐火性能的影响(l0＝200,mm，单侧受火)．可以发现，高温下采用端部约束的方式可以有效防止CFRP片发生过早剥离，提高试件的耐火性能．端部约束的效果与受火条件有关，受梁截面温度场分布的影响．相对于无约束试件，边缘约束和全长约束的试件的耐火极限分别提高约40%,和80%,．通过对前面大量数值分析结果进行统计分析，针对高温下带有端部约束的EBR-CFRP片材加固钢筋混凝土梁的耐火极限，可以建立下面的回归预测模型，即式中：tpred为试件的耐火极限预测值，min；φ(γ)为荷载比对试件耐火极限的影响，取值见式(3)；ω(c)为防火层厚度对试件耐火极限的影响，取值见式(4)；ψ(l)为黏结长度对试件耐火极限的影响，取值见式(5)；μθ为受火条件和端部约束对试件耐火极限的影响参数，取值见表4．图19为通过式(6)计算得到的试件的耐火极限预测值与有限元方法得到的数值解的对比．可以看出，两者整体吻合较好．对于EBR-CFRP片材加固钢筋混凝土梁，使用锚固压条对CFRP两端进行约束可以提高试件的耐火极限．本文使用验证后的有限元模型，选取影响试件耐火极限的主要参数进行大量计算，并对得出的数值分析结果进行回归分析，最后提出试件耐火极限的回归预测模型，可用于预测带有端部约束的EBR-CFRP片材加固钢筋混凝土梁的耐火极限．通过本文的研究，具体可以得到以下结论．(1)高温下，高负载下EBR-CFRP片材加固钢筋混凝土梁易发生剥离破坏．本文采用ABAQUS软件建立了有限元模型进行了热-力耦合分析，考虑了CFRP-混凝土在高温下的黏结-滑移效应．通过与已有耐火试验结果的比较，发现数值分析得到的结果与试验结果吻合较好．(2)有限元模型中引入黏结-滑移本构后，可得到试件锚固区平均黏结力和平均滑移随升温时间的变化．锚固区域的最大黏结剪应力受温度的影响较小，受外荷载和黏结长度的影响较大；试件的滑移量随升温时间的变化表现出较大的非线性，并且滑移的起始时刻与温度场分布的情况有关，受外荷载的影响较小．(3)针对高温下EBR-CFRP片材加固钢筋混凝土梁的耐火性能，使用验证后的有限元模型进行参数化分析．可以发现，荷载比、保护层厚度、黏结长度、受火条件以及端部约束的形式均对试件的耐火极限有较大影响．在一定范围内，试件的耐火极限随着荷载比的增大而减小，随着保护层厚度的增大而增大．当CFRP黏结长度小于400,mm(约为梁跨度的1/3)时，耐火极限随着黏结长度的增大而增大；当CFRP黏结长度大于400,mm时，耐火极限几乎不变．受火条件对耐火极限影响较大，相对于单侧受火情况，试件在三侧受火条件下的耐火极限约降低30%,．在CFRP片材两端设置锚固压条进行约束可以有效增大试件的耐火极限，相对于无约束试件，边缘约束和全长约束的试件的耐火极限分别提高约40%,和80%,．(4)针对EBR-CFRP片材加固钢筋混凝土梁的耐火极限，通过回归分析得到的耐火极限预测模型与有限元结果吻合较好，可以为工程设计提供参考．【相关文献】［1］ 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粘结长度对CFRP-C60混凝土界面性能的影响

粘结长度对CFRP-C60混凝土界面性能的影响洪雷;朵润民;王苏岩【摘要】通过自行设计的加载装置,采用双面剪切试验法研究了粘结长度对碳纤维增强复合材料(CFRP)-C60高强混凝土界面性能的影响,并提出了最小粘结长度的概念和有效粘结长度模型.结果表明:随粘结长度的增大,试件破坏时的极限荷载和极限位移均显著增加,但初始剥离荷载和初始剥离位移都没有明显的变化;随着荷载的增加,应力的传递区域不断向前推进,同时应力传递区域的长度也不断增加,即应力传递区域呈现动态变化;C60混凝土的最小粘结长度大约为有效粘结长度的2倍,只有当粘结长度大于最小粘结长度时才可充分发挥粘结界面的承载力,提高界面延性.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(044)002【总页数】6页(P14-19)【关键词】碳纤维增强复合材料;高强混凝土;界面性能;粘结长度;双面剪切试验【作者】洪雷;朵润民;王苏岩【作者单位】大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024;大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024;大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】TU528.01碳纤维增强复合材料(CFRP)由于其轻质高强、良好的耐腐蚀性，广泛应用于结构修复补强领域[1- 3].CFRP与混凝土结构共同工作的基础是两者之间良好的粘结性能，因此国内外对CFRP布与混凝土的界面粘结性能进行了大量的研究[4- 6].任何两种不同材料共同工作受力都会有一个临界粘结长度，超过这个临界长度界面承载力就不会增加，如钢筋与混凝土的受拉锚固长度.CFRP与混凝土基体的界面同样具有有效粘结长度，有效粘结长度可以根据有关的经验公式推出[7- 9]，也可以根据CFRP片材的应变分布直接获得[10- 11].在相关的经验公式中，Chen等[9]的有效粘结长度计算模型是目前最被认可的，如式(1)所示：其中，E为CFRP布的弹性模量，t为CFRP布的厚度， fc为混凝土圆柱体的抗压强度.在CFRP-混凝土界面承载力试验中，界面未达到最大承载力(CFRP未达到有效粘结长度)前，加载端(受力端)CFRP与混凝土已经开始剥离；直到达到有效粘结长度其端部剥离持续进行，表现为应力传递区域在加载过程中呈动态移动.因此，有效粘结长度的本质是应力传递区域的最大长度.笔者提出了最小粘结长度的概念，即应力传递区域长度达到有效粘结长度时有效粘结长度和剥离区长度之和.可以预见，只有当CFRP-混凝土界面的粘结长度超过最小粘结长度时，界面的承载力才能充分发挥.为了验证上述假设，并且初步研究最小粘结长度与有效粘结长度的关系.文中通过自行设计的加载装置[12]，结合相关规范[13]对粘结长度为120和300 mm的CFRP-混凝土界面性能进行研究.1.1 实验材料由式(1)可知，混凝土的强度越高，有效粘结长度越小.为了使试验效果明显，有效粘结长度越小越好.故本次试验采用C60高强混凝土.混凝土拌合物的含气量为4%，标准养护28 d的立方体抗压强度为70.08 MPa，混凝土的抗冻性为F250.其配合比见表1.CFRP布物理力学性能与树脂胶的性能见表2和3.1)水泥为PO42.5R普通硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸减水剂，粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，混凝土水灰比0.29.1.2 实验概况1.2.1 试件设计本次试验采用两组不同尺寸的棱柱体混凝土试块，如表4所示.第一组制作18个试件，分3批进行试验，每批6个试件，结果取平均值.第二组12个试件，分两批，每批取6个试件的平均值.由于双剪试验试件制作简单、有利于对中、试验精度高，故采取此种方法.试件的制作过程如下：先将试件的两个相对侧面打磨平整.将一整条CFRP布的两端分别粘贴在混凝土试块的相对两侧表面，从而形成双面剪切试件，如图1所示.在两个结合面上，预先选择一个作为测试面，为了避免在另一个面上首先破坏，加长其粘贴长度并粘贴CFRP进行U形箍加固.采用的CFRP宽度为50 mm，粘贴层数为一层，两组试件的测试面粘结长度分别为120和300 mm，加载端边界上预留25 mm的非粘结区.1.2.2 实验方法试验采用1 000 kN的电液伺服机，利用自行设计的加载装置实现双面剪切试验，此装置可减少受力时产生的偏心，具有较好的可靠性.加载时用0.3 mm/min的位移加载控制，加载装置如图2所示.试验中的数据采集主要有3种形式：通过夹式应变计测量CFRP端部滑移；通过量程5 t的荷载传感器进行荷载测量；通过粘贴在CFRP布上的应变片对CFRP各分部的应变进行测量，两组试件的应变片粘贴位置如图3所示.2.1 荷载-端部滑移曲线荷载-端部滑移曲线是界面分析必不可少的工具[14- 15]，两组不同粘结长度下的荷载-端部滑移曲线如图4所示.荷载1-1表示第一组第一批次6个试件的平均值，其他以此类推.从图中可以看出，在加载的初始阶段，荷载与端部滑移呈线性关系，可以近似地认为处于弹性阶段.在这一阶段粘结长度对荷载和端部滑移影响不大，斜率基本上相等；随着荷载的进一步增加，端部粘结界面开始剥离，曲线斜率明显减小，随着荷载的增大位移迅速增大，一般将此时的荷载定义为初始剥离荷载，它是界面弹性和非弹性阶段的分界点.不同批次试件的重要参数如表5所示.粘结长度由120 mm增加到300 mm时，初始剥离荷载和初始剥离位移(即达到初始剥离荷载时的端部变形位移)都没有明显的变化，但其破坏时的极限荷载和极限位移均有显著增加.分析认为，当荷载较小时应力传递区域较小，此时粘结长度对其影响较小，所以两组试件的初始剥离荷载与位移相差较小；随着荷载的进一步增加，应力传递区域不断向前推进，此时粘结长度的大小对应力传递区域的推进有很大影响，所以两组的极限位移和极限荷载相差很大.可以肯定，第一组试件在破坏前的应力传递区域长度并未达到有效粘结长度.2.2 应变分布曲线文献[5,10,16- 17]中都对有效粘结长度做了详细分析，这些分析都是基于过去提出的有效粘结长度模型.但是前提都是采用了足够的粘结长度，使得界面达到了有效粘结长度，从而认为只要界面的粘结长度达到有效粘结长度就可以保证材料的充分使用.然而，通过对这些文献的应变分布曲线分析可以看到，应力传递区域的边界已经到达距离加载端长度为有效粘结长度的位置，但应力传递区域本身的长度还没有达到有效粘结长度.可见，粘结长度只是等于有效粘结长度而并不一定能够保证材料的充分发挥.为此，笔者通过试验进行了深入的分析，具体如下.以初始剥离荷载为分界点，Taljsten[18]和Ali-Ahmad[10]分别提出了线弹性应变分布模型和非线性应变分布模型，一直沿用到现在.两者共同的特点是，应变分布曲线是由剥离区域和未剥离区域组成的，如图5所示.剥离区域内应变分布出现较大的波动，Yun等[11]对此做出了解释，这是由于CFRP布的不均匀性而产生的.未剥离区域分为应力传递区域与无应力区域.应力传递区域长度随着荷载的增大不断增大，并且向前推进，当荷载增大到一定值后，应力传递区域长度不再增加，此时的长度即为有效粘结长度.将每组的荷载用最大荷载Pu标准化，得到不同荷载等级下CFRP布的应变分布曲线，如图6所示.当P<0.64Pu时，应变变化区域范围很小，即应力传递区域很小，此时粘结长度对加载没有影响，验证了2.1节的结论.粘结长度为120 mm的分组中(如图6(a))，当P=0.84Pu时，应力传递区域的长度约为30 mm；当P=0.89Pu时，应力传递区域的长度约为50 mm.粘结长度为300 mm的分组中(如图6(b))，当P=0.84Pu 时，应力传递区域的长度约为80 mm；当P=0.95Pu时，应力传递区域的长度也约为80 mm，CFRP布末端应变几乎为0.此时应力传递区域的长度已经是加载过程中的最大值，保持在80 mm左右.通过式(1)计算，本试验中CFRP-C60混凝土界面有效粘结长度约为75 mm，与第二组试件结果相当.试验和计算结果都表明第一组试件在破坏前尚未达到有效粘结长度，第二组试件已经达到有效粘结长度.分析原因是由于，随着荷载的增加，应力传递区域不断向前推进，同时应力传递区域的长度也在不断增加.120 mm的粘结长度不能满足应力传递区域长度达到有效粘结长度的需要，即在应力传递区域的长度还没有达到有效粘结长度前，应力传递区域就已经超过120 mm.结合2.1节的结果，当应力传递区域未达到有效粘结长度时，界面的承载力还有很大的增长空间.此时，增加粘结长度不仅可以提高界面承载力，还可以大大增加界面的延性.第二组数据中，当P=0.84Pu时，应力传递区域长度达到有效粘结长度，此时应力传递区域长度与剥离区域长度之和即为CFRP-混凝土最小粘结长度，本试验中约为160 mm，即为有效粘结长度的2倍.这些结论证明，假设是成立的.当然，不同强度的混凝土最小粘结长度和有效粘结长度之间的关系会有所不同，需要专门研究.最小粘结长度的提出在工程中是非常有意义的.笔者认为，CFRP与混凝土结构的粘结长度超过最小粘结长度，加固结构才偏安全.若由于混凝土结构自身尺寸所限，两端的锚固非常有必要.CFRP布与混凝土基层的作用由3部分组成：CFRP布与树脂胶的相互作用、树脂胶的相互作用、混凝土基层与树脂胶相互作用.加载过程中的破坏都集中在混凝土基层与树脂胶的作用面.而初始剥离的出现，也是由于距离加载端较近处的树脂胶与混凝土基层界面出现了细微的裂缝.随着这些裂缝不断发展，混凝土基层与树脂胶界面不断出现剥离.加载过程中，应力传递区域不断推进.为了能够进一步描述破坏过程，提出了理想模型.假设加载端的界面剥离速度为V1，应力传递区域的边界发展速度为V2，如图7所示.在加载初期,V2>V1，随着荷载的不断增大，V1、V2也不断增大，但V2的增长速度小于V1，在某一时刻，二者速度相同，即V2=V1，应力传递区域的长度不再继续增大，即达到了有效粘结长度.此时已经剥离区域和应力传递区域的长度之和即为最小粘结长度.试验表明，C60混凝土的最小粘结长度约为有效粘结长度的2倍.通过对CFRP-C60混凝土界面性能的研究，得出以下主要结论：(1)粘结长度对初始剥离荷载与初始剥离位移无明显影响，但粘结长度越大，破坏时的极限荷载和极限位移越大.(2)随着荷载的增加，应力传递区域不断向前推进，同时应力传递区域的长度也在不断增加.当此长度达到有效粘结长度时，应力传递区域长度与剥离区域长度之和即为最小粘结长度.(3)C60混凝土CFRP最小粘结长度约为有效粘结长度的2倍，粘结长度应大于最小粘结长度才可充分发挥界面的承载力，提高界面延性.若由于混凝土结构尺寸限制无法满足要求，锚固是非常必要的.【相关文献】[1] 王震宇,王代玉,吕大刚，等.CFRP中等约束钢筋混凝土方柱单轴受压应力-应变模型 [J].建筑结构学报,2011,32(4):101- 109.WANG Zhen-yu,WANG Dai-yu,LÜ Da-gang,et al.Stress-strain model for moderate-confined reinforced concrete square columns 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CFRP与钢材的粘结性能试验研究

CFRP与钢材的粘结性能试验研究发布时间：2021-04-15T15:27:49.133Z 来源：《工程管理前沿》2021年2期作者：朱玉王志洪王晟光唐光旭[导读] 随着社会经济的发展，建筑行业也在飞快的进步中，同时人们对建筑行业的要求也在不断的发生转变朱玉王志洪王晟光唐光旭辽宁科技大学土木工程学院 114051摘要随着社会经济的发展，建筑行业也在飞快的进步中，同时人们对建筑行业的要求也在不断的发生转变。

为了能够进一步提高建筑物的稳定性，在进行建筑物的维修与加固改造工作时，使用到的技术与材料都在不断地更新。

同时建筑物的维修加固改造技术与材料也在不断地被开发出来，通过一定的研究，使得这些建筑加固技术愈发的成熟，但是与国外先进的技术相比，国内的加固维修体系还是存在一定的缺陷，因此我们需要参考国外先进的技术，进一步对国内的技术进行创新。

所以本文将对CFRP与钢材料的粘结性进行研究，讨论其是否能够适用于建筑物的维护加固与改造工作中。

关键字： CFRP；钢材；粘结性能前言在现阶段的大型建筑物中，例如一些工厂的厂房经常使用钢材来完成建设，但是钢结构在实际的使用过程中极易出现腐蚀的问题，因此就需要加大对损伤的钢材料进行加固与修复，强化钢结构的稳定性。

但是在传统的钢材加固技术仅仅只是将坏损的地方进行焊接，或是将断裂的地方进行栓接，起到暂时的稳固作用，根本没有解决钢结构坏损的根本原有。

因此我们就需要对钢材的加固技术的研究，探讨使用新型材料创新技术的可行性。

而本文则是对CFRP与钢材的粘结性能进行实验与分析，通过设置不同的试件，研究CFRP的层数是否会对钢材加固技术带来影响，进一步完善碳纤维材料钢材加固技术。

一、钢材料与CFRP之间的粘结性研究现状使用碳纤维布进一步地加固钢材，在钢材到达屈服状态之前，这两种材料都能很好地共同工作。

但是当钢材达到屈服状态之后，碳纤维的应变能力增长就会变缓。

分析我国现阶段有的研究报告，在《粘贴碳纤维布加固钢构件受拉承载力试验研究》中，作者通过实际的实验研究了钢材与CFRP的拉荷载情况，在实验中，主要是将是否粘贴了碳纤维布的钢材作为变量，研究二者的不同，通过分析比对得到以下的结果：首先对于没有粘贴碳纤维布的钢材受到的拉荷载的应变曲线可以分为四个阶段，也就是线性、屈服、强化与颈缩。

荷载和恶劣环境共同作用对CFRP_钢结构黏结性能的影响_任慧韬

%()" # 图 # 自制钢结构黏结试件长期加载示意图 *<3,0/+(< 5; $%&’ 1+4,7)+3,7(7) 1+,,- .,/0 =76,4 -57) +,40 -5/6(7)
传感器采用自制的钢环传感器 " 根据荷载范围选择适当直径和壁厚 ! 在钢环外壁粘贴 1 个应变片 " 组成全桥 ! 试验前先对自制的传感器进行标定 ! 正式试验前 " 先将自制传感器和商业荷载传感器串联在一起置于加载试件中间 " 以检验自制传感器及加载条件是否和标定条件一致 " 检验结果证明 " 采用自制传感器和分配梁的点接触能有效地解决四点螺栓加载不同步而产生的偏心问题 " 自制传感器上读出的荷载值和商业传感器的结果完全一致 ! 原设计采用的持续荷载等级有三种 " 分别是极限荷载的 /3" # ,*" 和 .*" ! 试验前 " 根据 !"#$ ! 钢结构对比试件黏结试验结果 " 将 !"#$ ! 钢试件加载到极限荷载的 ,*" 和 .*" 后 " 加载试件仅能维持很短的时间 " 甚至在缓慢加载过程中 " 试件即发生了破
单剪试验 # 双面剪切试验 # 简支梁试验等 $%&’%" 本文采用简支梁试验方法 ! 黏结试验中试件采用自行设计的带有转动钢铰的工字钢梁!!"#$ 组合试件 " 如图 ( 所示 ! 钢结构试件由两段工字钢组成 " 工字钢梁高度为 )** ++" 翼缘宽度为 %* ++" 试件总长为 ,** ++" 两段工字钢梁中间用可以转动的钢铰连接" 在工字钢梁的底部粘贴 !"#$ 片材 ! !"#$ 的名义厚度为