温度与加载速度对FRP与钢板界面力学性能的影响

摘要

近年来FRP加固钢结构构件引起了人们很大的兴趣，要使这种加固方法能够广泛应用于实际工程中，必须确保FRP与钢板有足够良好的黏结性能。另外，实际工程结构可能会受到爆炸、地震、撞击等动态荷载作用。此外，由于工程所处的自然环境各不相同，经常遭受高温和低温的影响。这些因素单独或者耦合作用都会导致FRP与钢材的界面黏结性能有所改变。因此，本文采用FRP/钢板单搭接接头重点研究其在不同动态荷载和不同温度下的黏结力学性能。具体内容如下:
　　(1)本文利用美国亚利桑那州立大学的MTS液压伺服高速机对不同加载速度(0.625，1.25，2.5，5.0m/s)下三种FRP/钢板单搭接接头的力学性能（黏结应力-位移曲线、黏结强度、界面断裂能、剪切刚度）进行了试验研究。试验结果表明:随着加载速度的增大，BFRP/钢板单搭接接头的黏结强度和剪切刚度都随之增加。而CFRP/钢板单搭接接头和GFRP/钢板单搭接接头的力学性能并没有呈现加载速度效应，普遍情况是:在加载速度为1.25m/s时，试件的黏结强度达到最大值，超过或者低于1.25m/s时，平均黏结强度都随之减小。试验后还观察了试件的破坏模式，从整体上看，多数试件主要呈现了胶层/钢板界面破坏和混合破坏，这说明不同加载速度对试件的破坏模式并没有显著的影响。
　　(2)本文对不同温度(-25，0，50，100℃)下的三种FRP/钢板单搭接接头的力学性能进行了研究。结果表明试件的力学性能呈现了显著的温度效应:当温度从-25升到50℃时，BFRP/钢板单搭接接头和GFRP/钢板单搭接接头的黏结强度随之增大;而从50升至100℃，其黏结强度都随之减小。而对于CFRP/钢板单搭接接头，其黏结强度在-25～0℃范围内升高，然后下降到25℃，不过，温度升高到50℃时，黏结强度又继续上升，最后的高温100℃使黏结强度再次下降。此外，温度对试样的破坏模式有影响:在低温（-25和0℃）下，主要是胶层/钢板界面破坏，在50℃时，主要呈现混合破坏模式，而在高温(100℃)时，其破坏模式转变为胶层/FRP界面破坏。
　　(3)DIC能够有效分析黏结区域FRP的全场应变和破坏过程。在动态荷载作用下，黏结区域FRP的轴向应变分布不均匀，在黏结区域的底部出现了应变局部化，随着时间的增加，应变局部化向着内部扩展，最终试件的破坏从胶层的端部开始发生。高温下试件的应变云图随着时间的变化规律发生改变，这说明高温使试件的应力产生了重新分布。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 FRP加固钢结构黏结界面研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 冲击荷载下单搭接接头的解析模型

2．1 引言

2．2 准静态荷载下单搭接接头的解析模型

2．2．1 研究背景

2．2．2 基本假设

2．2．3 平衡方程

2．2．4 本构方程

2．2．5 几何方程与位移函数

2．2．6 建立微分控制方程

2．2．7 算例

2．3 冲击荷载下单搭接接头的解析模型

第3章 FRP／钢板单搭接接头试验方法

3．1 试验材料

3．2 真空辅助成型工艺制作FRP

3．3 试件设计与制作

3．3．1 试件设计

3．3．2 试件材料处理

3．3．3 试件制作程序

3．4 测试方案设计

3．5 测试方法及试验装置

3．6 本章小结

第4章 不同温度和加载速度下FRP／钢板单搭接接头试验研究

4．1 引言

4．2 加载速度效应对单搭接接头的影响

4．2．1 试验数据处理

4．2．2 黏结应力-位移曲线

4．2．3 加载速度效应

4．2．4 破坏模式

4．3 温度效应对单搭接接头的影响

4．3．1 黏结应力-位移曲线

4．3．2 温度效应

4．3．3 温度效应机理

4．3．4 破坏模式

4．4 不同FRP／钢板单搭接接头的比较和讨论

4．4．1 不同FRP／钢板单搭接接头在不同加载速度下的比较

4．4．2 不同FRP／钢板单搭接接头在不同温度下的比较

4．5 本章小结

第5章 数字图像相关分析在单搭接接头试验中的应用

5．1 引言

5．2 数字图像相关方法

5．2．1 背景

5．2．2 基本原理

5．2．3 散斑试件的制作与安装

5．2．4 表征图像子集的位移模式与相关函数

5．3 图像分析

5．3．1 黏结区域FRP的轴向拉伸应变云图

5．3．2 应变随着时间增长的变化

5．3．3 不同加载速度和温度下黏结区域FRP轴向拉伸应变分布对比

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士学位期间发表的论文)