CFRP-钢界面粘结疲劳性能试验研究

发布时间：2017-06-10 15:22

  本文关键词：CFRP-钢界面粘结疲劳性能试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的快速发展,既有结构进行维修、加固已成为当今土木工程领域关心和研究的热点之一。碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)作为一种新型的复合材料,以它高强高效、耐腐蚀、不增加自重、施工便捷等优点,代替传统的加固材料在加固领域得到了大量应用。相对于混凝土结构,CFRP在钢结构加固中的应用研究还处于初期,而疲劳破坏是钢结构主要的破坏模式之一,且为脆性破坏,亟待进行加固改善。现有研究表明,CFRP与钢协同工作的关键在于其界面粘结性能,但是目前对这方面研究尚有限,尤其是在CFRP-钢界面疲劳性能方面。基于此,本文设计了CFRP-钢双剪试件来研究CFRP-钢之间的界面粘结性能,主要研究内容可以归纳为以下三方面：(1)以疲劳峰值荷载、疲劳谷值荷载和养护温度为变化参数,设计了17个静力加载双剪试件及26个疲劳加载双剪试件对CFRP-钢界面粘结性能进行试验研究,观察了试验现象和破坏模式,并对试件的荷载-位移曲线、疲劳寿命、CFRP的应变分布、有效粘结长度、传力区域以及界面裂纹扩展速率等进行了分析讨论,同时探讨了疲劳峰值荷载、疲劳谷值荷载以及养护温度变化对CFRP-钢界面抗疲劳性能的影响。(2)对CFRP-钢界面疲劳寿命及其影响因素进行了分析和研究,基于CFRP-钢界面疲劳试验结果,提出了荷载水平和养护温度耦合作用下的CFRP-钢界面疲劳寿命预测方法,得出考虑养护温度影响的S-N曲线经验公式。此外,还定义了CFRP-钢界面的割线刚度Kf的概念并讨论了其在疲劳加载过程中的演化规律和影响因素,最终参考Palmgren-Miner的疲劳线性累积损伤准则,得到常温养护下基于割线刚度的疲劳界面损伤模型,并提出模型的损伤评估方法。(3)基于CFRP-钢界面试验结果,对静载作用下CFRP-钢界面粘结滑移本构模型进行验证分析,并对疲劳峰值荷载作用下CFRP-钢界面剪应力演化规律以及疲劳荷载作用下的界面粘结滑移曲线进行研究,最终建立考虑荷载水平和养护温度共同影响的疲劳荷载作用下CFRP-钢界面粘结滑移计算模型。
【关键词】：碳纤维增强复合材料(CFRP)加固 CFRP-钢界面 疲劳寿命 粘结滑移关系
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU391;TU599
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 相关领域国内外研究现状10-14
• 1.2.1 FRP疲劳性能研究现状10-11
• 1.2.2 FRP加固损伤钢结构疲劳性能研究现状11-13
• 1.2.3 FRP-钢界面粘结疲劳性能研究现状13-14
• 1.2.4 存在的问题14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 第二章 试验设计16-24
• 2.1 试验方案选择16-17
• 2.2 试件设计及制作17-19
• 2.2.1 试件构成17
• 2.2.2 试验材料17
• 2.2.3 试件制作17-19
• 2.3 试验控制变量19-20
• 2.4 试验加载方法20-21
• 2.5 试验测试方法21-23
• 2.5.1 试验测试仪器21-22
• 2.5.2 试验测试原理22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 试验结果及分析24-42
• 3.1 试验现象及破坏模式24-32
• 3.1.1 静力加载试件破坏现象24-25
• 3.1.2 疲劳加载试件破坏现象25-29
• 3.1.3 破坏模式29-32
• 3.2 剥离承载力及疲劳寿命32-33
• 3.3 CFRP布的应变分布33-38
• 3.3.1 静力加载试件33-34
• 3.3.2 疲劳加载试件34-37
• 3.3.3 界面有效粘结长度37-38
• 3.3.4 试件传力区域38
• 3.4 界面裂纹扩展行为38-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 CFRP-钢界面疲劳寿命分析42-62
• 4.1 S-N曲线42-43
• 4.2 疲劳寿命及其影响因素分析43-47
• 4.2.1 常温养护下试验S-N曲线43-44
• 4.2.2 养护温度对疲劳寿命的影响44-47
• 4.3 割线刚度的演化规律47-55
• 4.3.1 荷载-试件加载端滑移迟滞回线47-49
• 4.3.2 试件加载端滑移值演化规律49-52
• 4.3.3 割线刚度的演化规律及其影响因素52-55
• 4.4 基于割线刚度的界面损伤模型55-60
• 4.4.1 三阶段疲劳损伤模型55-58
• 4.4.2 二阶段疲劳损伤模型58-60
• 4.4.3 模型的损伤评估方法60
• 4.5 本章小结60-62
• 第五章 疲劳荷载作用下界面粘结滑移关系62-78
• 5.1 静载作用下界面粘结滑移模型62-66
• 5.1.1 研究现状62-64
• 5.1.2 模型的验证64-66
• 5.2 疲劳峰值荷载下界面剪应力的演化规律66-68
• 5.3 疲劳荷载作用下界面粘结滑移曲线68-70
• 5.4 疲劳荷载作用下界面粘结滑移模型70-76
• 5.4.1 界面剪应力峰值72-73
• 5.4.2 界面剪应力峰值对应滑移量73-74
• 5.4.3 界面延性系数74-76
• 5.5 本章小结76-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78
• 6.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 在校发表论文84-86
• 致谢86

【参考文献】

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本文编号：439008