高溫下鋼筋和CFRP加固層與混凝土粘結(jié)性能分析.pdf

1、在鋼筋混凝土構(gòu)件中，鋼筋和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與混凝土保持良好的的粘結(jié)性能是保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常工作的根本條件，這種粘結(jié)作用是一種非常復(fù)雜的交互作用過(guò)程，它傳遞了鋼筋或碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與混凝土兩者間的應(yīng)力，使二者變形協(xié)調(diào)。鋼筋和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與混凝土的粘結(jié)性能的損傷和退化對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度和承載力的變化及裂縫的發(fā)展都有著重要的影響。目前已有的研究結(jié)果表明：混凝土應(yīng)力狀態(tài)、裂縫的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)、鋼筋和碳

2、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與混凝土力學(xué)性能等各種因素的變化，都會(huì)對(duì)二者之間的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系產(chǎn)生明顯的影響。
　　近些年來(lái)，對(duì)于高溫下和高溫后鋼筋和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與混凝土之間粘結(jié)性能的損傷和退化研究受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視，并就此開(kāi)展了一系列的試驗(yàn)研究，取得一定的研究成果。但由于影響鋼筋和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與混凝土之間粘結(jié)效應(yīng)的因素較多，其損傷和破壞機(jī)理極為復(fù)雜，高溫試驗(yàn)技術(shù)和條件比較困難等方面的原

3、因，對(duì)于高溫下和高溫后鋼筋和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與混凝土的粘結(jié)性能的變化研究還不是十分深入，因此有必要對(duì)高溫下和高溫后鋼筋和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與周邊混凝土之間的粘結(jié)性能開(kāi)展理論與試驗(yàn)研究，以便可靠地確定高溫對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成的損傷，合理地評(píng)估高溫下建筑結(jié)構(gòu)的承載能力和力學(xué)性能變化。
　　本文在前人的工作基礎(chǔ)上，對(duì)高溫下鋼筋和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與混凝土之間粘結(jié)性能做了進(jìn)一步的研究，主要研究工作

4、如下：
　　1.從斷裂力學(xué)中的能量原理出發(fā)，將高溫下鋼筋混凝土單元簡(jiǎn)化為具有內(nèi)部粘結(jié)摩擦界面的彈性單元體，并將高溫和外力作用下鋼筋與混凝土在粘結(jié)界面處的脫粘過(guò)程模擬為二者在其粘結(jié)界面處的微裂紋的擴(kuò)展過(guò)程，分析了高溫下二者在其粘結(jié)界面處的脫粘過(guò)程和能量關(guān)系，建立了基于能量關(guān)系的高溫脫粘準(zhǔn)則。在此基礎(chǔ)上分析了高溫下鋼筋混凝土抗拉構(gòu)件在鋼筋與混凝土粘結(jié)界面處的脫粘變化過(guò)程，并分別基于能量分析準(zhǔn)則和強(qiáng)度分析準(zhǔn)則，建立了在不考慮界面發(fā)生軟化

5、和考慮界面發(fā)生軟化兩種條件下，鋼筋與周邊混凝土在高溫條件下在其粘結(jié)摩擦界面處的理論脫粘模型，得到了在此兩種情況下粘結(jié)界面粘結(jié)強(qiáng)度的理論解，并將理論數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)作了對(duì)比。
　　2.根據(jù)強(qiáng)度原理和力的平衡條件，考慮高溫對(duì)結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能的影響，詳細(xì)分析和求解高溫下鋼筋和混凝土在粘結(jié)區(qū)內(nèi)的粘結(jié)剪應(yīng)力變化情況。根據(jù)推導(dǎo)的粘結(jié)剪應(yīng)力和相對(duì)滑移值的理論計(jì)算公式，計(jì)算分析了當(dāng)滑移量位于f(x)時(shí)，20℃~190℃不同溫度范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)試件鋼筋與混

6、凝土之間的粘結(jié)界面不同位置處的粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移值的變化，給出了不同溫度下的粘結(jié)應(yīng)力—滑移量曲線，并對(duì)不同溫度下鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)性能進(jìn)行了研究。
　　3.通過(guò)兩組18個(gè)試件在20℃~190℃不同溫度范圍內(nèi)的試驗(yàn)研究，對(duì)鋼筋和混凝土粘結(jié)界面之間的粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移量的變化分別進(jìn)行了測(cè)量和分析，試驗(yàn)以粘結(jié)段自由端和加載端的滑移量為本次試驗(yàn)測(cè)量的重點(diǎn)，測(cè)得數(shù)據(jù)可以用于檢驗(yàn)理論分析得出的鋼筋和混凝土粘結(jié)界面粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移值計(jì)算公

7、式的合理性，對(duì)比分析表明理論分析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合比較理想。
　　4.考慮溫度對(duì)CFRP材料力學(xué)性能的影響，分析了CFRP加固混凝土梁結(jié)構(gòu)中混凝土與CFRP加固層之間發(fā)生剪切失效模式和粘結(jié)剪切應(yīng)力的變化，建立了不同溫度下混凝土與CFRP加固層之間粘結(jié)剪切應(yīng)力和剝落應(yīng)力的計(jì)算模型和表達(dá)式。
　　5.通過(guò)算例對(duì)一混凝土梁在不同溫度下不同厚度的CFRP加固層和混凝土間的粘結(jié)剪切應(yīng)力隨溫度的變化進(jìn)行了計(jì)算分析，給出了高溫下粘結(jié)層剪切