高温下钢筋和CFRP加固层与混凝土粘结性能分析

发布时间：2019-01-05 11:29

【摘要】：在钢筋混凝土构件中,钢筋和碳纤维增强复合材料(CFRP)与混凝土保持良好的的粘结性能是保证结构构件正常工作的根本条件,这种粘结作用是一种非常复杂的交互作用过程,它传递了钢筋或碳纤维增强复合材料(CFRP)与混凝土两者间的应力,使二者变形协调。钢筋和碳纤维增强复合材料(CFRP)与混凝土的粘结性能的损伤和退化对于钢筋混凝土构件的刚度和承载力的变化及裂缝的发展都有着重要的影响。目前已有的研究结果表明:混凝土应力状态、裂缝的扩展状态、钢筋和碳纤维增强复合材料(CFRP)与混凝土力学性能等各种因素的变化,都会对二者之间的粘结滑移本构关系产生明显的影响。近些年来,对于高温下和高温后钢筋和碳纤维增强复合材料(CFRP)与混凝土之间粘结性能的损伤和退化研究受到了国内外学者的高度重视,并就此开展了一系列的试验研究,取得一定的研究成果。但由于影响钢筋和碳纤维增强复合材料(CFRP)与混凝土之间粘结效应的因素较多,其损伤和破坏机理极为复杂,高温试验技术和条件比较困难等方面的原因,对于高温下和高温后钢筋和碳纤维增强复合材料(CFRP)与混凝土的粘结性能的变化研究还不是十分深入,因此有必要对高温下和高温后钢筋和碳纤维增强复合材料(CFRP)与周边混凝土之间的粘结性能开展理论与试验研究,以便可靠地确定高温对钢筋混凝土结构构件造成的损伤,合理地评估高温下建筑结构的承载能力和力学性能变化。本文在前人的工作基础上,对高温下钢筋和碳纤维增强复合材料(CFRP)与混凝土之间粘结性能做了进一步的研究,主要研究工作如下:1.从断裂力学中的能量原理出发,将高温下钢筋混凝土单元简化为具有内部粘结摩擦界面的弹性单元体,并将高温和外力作用下钢筋与混凝土在粘结界面处的脱粘过程模拟为二者在其粘结界面处的微裂纹的扩展过程,分析了高温下二者在其粘结界面处的脱粘过程和能量关系,建立了基于能量关系的高温脱粘准则。在此基础上分析了高温下钢筋混凝土抗拉构件在钢筋与混凝土粘结界面处的脱粘变化过程,并分别基于能量分析准则和强度分析准则,建立了在不考虑界面发生软化和考虑界面发生软化两种条件下,钢筋与周边混凝土在高温条件下在其粘结摩擦界面处的理论脱粘模型,得到了在此两种情况下粘结界面粘结强度的理论解,并将理论数据与试验数据作了对比。2.根据强度原理和力的平衡条件,考虑高温对结构材料力学性能的影响,详细分析和求解高温下钢筋和混凝土在粘结区内的粘结剪应力变化情况。根据推导的粘结剪应力和相对滑移值的理论计算公式,计算分析了当滑移量位于δ1≤δT(x)≤δf时,20℃～190℃不同温度范围内结构试件钢筋与混凝土之间的粘结界面不同位置处的粘结应力和相对滑移值的变化,给出了不同温度下的粘结应力—滑移量曲线,并对不同温度下钢筋和混凝土之间的粘结性能进行了研究。3.通过两组18个试件在20℃～190℃不同温度范围内的试验研究,对钢筋和混凝土粘结界面之间的粘结应力和相对滑移量的变化分别进行了测量和分析,试验以粘结段自由端和加载端的滑移量为本次试验测量的重点,测得数据可以用于检验理论分析得出的钢筋和混凝土粘结界面粘结应力和相对滑移值计算公式的合理性,对比分析表明理论分析结果和试验结果吻合比较理想。4.考虑温度对CFRP材料力学性能的影响,分析了CFRP加固混凝土梁结构中混凝土与CFRP加固层之间发生剪切失效模式和粘结剪切应力的变化,建立了不同温度下混凝土与CFRP加固层之间粘结剪切应力和剥落应力的计算模型和表达式。5.通过算例对一混凝土梁在不同温度下不同厚度的CFRP加固层和混凝土间的粘结剪切应力随温度的变化进行了计算分析,给出了高温下粘结层剪切粘结应力的临界点,并与相关文献计算结果进行了对比,验证了本文理论分析方法的合理性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU37

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本文编号：2401727