湿热环境和过载损伤作用下CFRP-钢结构粘结界面的耐久性研究

发布时间：2017-08-19 18:07

  本文关键词：湿热环境和过载损伤作用下CFRP-钢结构粘结界面的耐久性研究

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【摘要】：采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复钢结构,既可以发挥CFRP材料高强度、抗腐蚀和耐疲劳的优点,也加速和便捷了施工过程。把CFRP板粘贴在钢梁受拉损伤区的加固方式,能提高受损钢结构的承载力和疲劳性能。这种加固结构的薄弱环节是钢与CFRP板的粘结层,而在实际工程中,特别是CFRP加固的钢桥,经常受超载车辆疲劳损伤和湿热环境的影响,从而影响钢与CFRP板的粘结性能。本文针对过载损伤和干湿湿热环境下CFRP加固钢结构的粘结性能开展了试验研究,主要内容如下：(1)钢和CFRP板搭接接头的耐久性试验研究。考虑了过载损伤和湿热循环两个因素,过载损伤通过300次的往复加载来实现,幅值为0.1～0.7倍极限承载力；湿热循环通过大型干湿循环试验系统实现,周期为24h,干燥时间14h,水环境试件10h,温度40℃C,通过在池水中加入3.5%的氯化钠来模拟海洋环境。静载拉伸试验结果显示：湿热循环90次和湿热循环180次后试件破坏时的最大界面主应力分别下降了32.4%和31.9%,表明干湿循环对粘结界面性能有显著地影响,但3个月后趋于稳定；180次湿热循环作用后,没有过载损伤和有过载损伤试件的最大界面主应力分别下降了31.9%和33.0%,表明湿热循环后过载损伤对粘结性能的影响不明显。(2)CFRP板加固带缺陷钢梁的耐久性试验研究。考虑了过载损伤和湿热循环两个因素。过载损伤通过400次的往复加载来实现,幅值为0.1～0.5倍胶层开裂荷载；四点弯曲静载试验结果显示：未湿热循环、90次湿热循环和180次湿热循环后过载损伤试件缺陷处胶层开裂荷载比未损伤试件分别下降了8.6%、4.0%和4.5%,表明过载损伤对开裂荷载有一定影响；未湿热循环、90次湿热循环和180次湿热循环后损伤试件极限荷载比未损伤试件分别下降了2.2%、-0.8%和3.6%,表明过载损伤对极限荷载的影响不明显。没有损伤的试件在90次湿热循环和180次湿热循环后,极限荷载分别降低了7.4%和9.9%；而损伤试件在90次湿热循环和180次湿热循环后极限荷载分别下降了6.7%和13.1%。以上试验结果显示湿热循环和过载损伤都降低了CFRP板加固缺陷钢梁的承载能力,但湿热循环的影响要大于过载损伤。
【关键词】：钢结构 裂纹 CFRP板 过载损伤 湿热循环
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU391
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 引言12-13
• 1.2 CFRP加固修复钢梁研究现状13-20
• 1.2.1 FRP加固钢板受力性能研究13-15
• 1.2.2 FRP加固受弯钢梁受力性能研究15-17
• 1.2.3 FRP加固钢结构的疲劳性能与耐久性能研究17-20
• 1.3 课题组的前期研究20-21
• 1.4 本课题研究的目的和意义21
• 1.5 本文的研究内容21-23
• 第二章 试验方法及分析23-36
• 2.1 材料试验加载设备23-24
• 2.2 湿热环境系统介绍24
• 2.3 钢与CFRP板的表面处理24-25
• 2.4 钢和CFRP板搭接接头材料试验25-29
• 2.4.1 材料性能试验26-27
• 2.4.2 试件制作27-29
• 2.5 CFRP板加固带缺陷钢梁材料试验29-35
• 2.5.1 材料性能试验30
• 2.5.2 试件制作30-32
• 2.5.3 测试的内容以及测点的布置32-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 CFRP板加固对接钢板的耐久性能研究36-46
• 3.1 过载损伤过程分析36-38
• 3.2 荷载-应变关系及承载力分析对比38-41
• 3.3 试件的破坏形态41-42
• 3.4 试验结果对比分析42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 CFRP板加固缺陷钢梁的静载试验研究46-69
• 4.1 CFRP板加固带缺陷钢梁的耐久性研究46-55
• 4.1.1 荷载-挠度曲线46-47
• 4.1.2 荷载-应变曲线47-52
• 4.1.3 裂纹发展规律与破坏模式分析52-55
• 4.2 CFRP板加固缺陷钢梁疲劳耐久性能研究55-63
• 4.2.1 损伤过程分析55-57
• 4.2.2 荷载-挠度曲线57-58
• 4.2.3 荷载-应变曲线58-62
• 4.2.4 裂纹发展规律与破坏模式分析62-63
• 4.3 试验结果对比分析63-67
• 4.4 本章小结67-69
• 结论与展望69-71
• 参考文献71-74
• 攻读学位期间发表的论文74-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：702157