层间混杂FRP与钢胶接界面粘结性能研究

发布时间：2020-06-03 07:26

【摘要】：近年来,将外贴碳纤维增强复合材料(CFRP)用于加固修复钢结构受到国内外越来越多的关注。与传统的钢结构加固修复技术相比,外贴CFRP具有自重轻、施工方便、耐腐蚀、抗疲劳、无残余应力等诸多优势。但是在室外环境下,受水汽影响,CFRP中的碳纤维易对钢材产生电腐蚀,使界面粘结性能降低。将CFRP与GFRP组合使用,内外层采用GFRP,中间层采用CFRP,构成层间混杂FRP,可以有效避免电腐蚀问题。但是目前国内外关于层间混杂FRP与钢胶接界面粘结性能的研究相对较少。本文首先进行了36个FRP与钢单面胶接接头拉伸试验,对比研究了层间混杂FRP-钢胶接界面与1层CFRP和3层CFRP-钢胶接界面在拉伸荷载-位移曲线、破坏荷载、极限位移、破坏模式和有效粘结长度等力学性能上的差异。试验结果表明,层间混杂FRP-钢胶接界面破坏荷载介于1层CFRP和3层CFRP-钢胶接界面之间,且接近与3层CFRP-钢胶接界面试验结果;层间混杂FRP与钢胶接界面的有效粘结长度大于1层CFRP与钢胶接界面,且与3层CFRP与钢胶接界面的有效粘结长度接近。然后,利用ABAQUS对试件的力学性能进行了非线性静态分析,在验证了有限元模型准确性的基础上,通过各层FRP的应变分布情况对比,发现了内外层GFRP和中间层CFRP的相互约束作用。数值模拟参数分析表明,随着内外层GFRP布和中间层CFRP布刚度的提高,界面破坏荷载均有所提高,但有效粘结长度变化并不明显。最后,对已报道的CFRP-钢胶接界面极限荷载和有效粘结长度模型进行了收集和评估,基于评估结果,考虑内外层GFRP与中间层CFRP之间的相互约束作用,建议了适用于层间混杂FRP与钢胶接界面的极限荷载和有效粘结长度计算方法。
【图文】：

2(c) 钢桥加固[8]图1.1 FRP在钢结构加固修复工程中的应用示例Fig 1.1 Application of FRP for strengthening steel structures

图1.4 FRP与钢胶接界面破坏模式示意图[32]Fig 1.4 Schematic view of failure modes of FRP-to-steel adhesively-bonded joints.5.3 数值模拟研究目前关于 CFRP 与钢胶接界面粘结性能的数值模拟研究比较有限。李传习[34]基于二维粘聚力模型模拟界面性能，分析结果表明胶层剪应力对单剪接头的界面粘结强度影响很大。Heshmati 等人[35]发现三维模型相较于二维模型预果更为准确，因为接头胶层存在横向应力分布不均的情况。而采用三维模型算机性能有较高的要求，为减小计算规模，依据几何结构和材料的对称性，，试件的八分之一部分进行建模[9, 12, 19]。通过位移增量加载，以模拟钢板加载边均匀位移[12, 18]。CFRP 加固钢结构的薄弱环节是钢与 CFRP 界面之间的胶粘剂载通过胶层从钢转移到 CFRP，因此在胶层上的网格划分需要更为精细[18, 19]。剂与 FRP、钢板之间的界面连接处理采用“绑定（tie）”的方法[18]。目前 CFR钢胶接界面粘结性能的数值模拟研究大多集中在数值模拟与试验的对比上[9, 9, 28]，相关界面机理研究较少。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9

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本文编号：2694501