荷载与湿热环境作用下CFRP加固高强混凝土梁的耐久性能研究

摘要

随着我国经济技术的快速进步，高强混凝土结构的应用日益广泛，由于环境老化等作用，混凝土结构的加固补强问题日益凸显。近年来，碳纤维增强复合材料（简称CFRP）因其优异的各项性能在混凝土结构加固修复领域具有广阔的应用前景。在夏季，我国大部分地区的CFRP加固混凝土结构不仅承受持续荷载作用，还会处于湿热的恶劣环境中，这使加固结构的各项性能受到影响。因此，对于持载与湿热环境作用下CFRP加固高强混凝土结构的耐久性进行研究具有很大的理论价值与现实意义。 依托于国家自然科学基金项目（51378089），本文共制作了16根试验梁，采用自行设计的持载装置对加固梁施加持载并进行湿热老化试验。试件持载等级分别为未加固试验梁极限承载力的0%、30%和60%，湿热环境的相对湿度为95%，温度分别为20℃、35℃和50℃。同时进行相应的理论分析与数值模拟研究，研究持载与湿热环境对CFRP加固高强混凝土梁性能的影响。研究主要得出以下结论： 持续荷载和湿热环境均对加固梁的性能产生了不利影响。在相同持载等级下，经受湿热环境的温度越高的试验梁，其极限承载力、抗弯刚度等各项力学性能降低程度越高；相同温湿度环境下，持载等级的提高进一步加剧了试验梁性能的劣化。随持载等级与湿热环境温度的提高，加固梁剥离破坏界面逐渐由混凝土保护层向树脂胶层转移。加固梁性能下降的主要原因是由于持载与湿热环境对CFRP-混凝土粘结界面产生了不利影响。对中部弯曲裂缝及弯剪裂缝引起的剥离破坏，本文选取了合理的承载力计算模型并进行了修正，提出了加固梁承载力计算的环境影响因子。采用有限元软件建立了加固梁的三维模型，模拟了经不同湿热环境作用后加固梁的四点弯曲试验，将模拟结果与试验结果对比，验证了模型的合理性，并总结出了湿热环境作用对CFRP加固梁的劣化规律。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 FRP的耐久性研究现状

1.3 FRP与混凝土粘结的耐久性研究现状

1.4 FRP加固钢筋混凝土梁的耐久性研究现状

1.5 FRP-混凝土界面粘结性能有限元模拟的研究现状

1.6 本文主要研究内容

2.1 引言

2.2 试验概述

2.2.1 试验材料

2.2.2 试件设计

2.2.3 持载装置

2.2.4 环境设计

2.2.5 试件编号

2.2.6 量测方案

3 持载与湿热环境对CFRP加固高强钢筋混凝土梁的影响

3.1 引言

3.2 破坏形态分析

3.3 极限承载力分析

3.4 抗弯刚度分析

3.5 应变分析

3.5.1 平截面假定验证

3.5.2 跨中截面纵筋、混凝土及CFRP应变分析

3.5.3 CFRP应变

3.6 剥离破坏机理分析

3.6.1 湿热环境对钢筋性能的影响

3.6.2 湿热环境对高强混凝土性能的影响

3.6.3 湿热环境对CFRP性能的影响

3.6.4 持载与湿热环境作用对CFRP与混凝土粘结界面的影响

3.7 本章小结

4 CFRP加固混凝土梁极限承载力的理论分析

4.1 引言

4.2 计算方法

4.2.1 基本假定

4.2.2 承载力计算

4.2.3 计算结果分析

4.3 环境影响系数

4.4 本章小结

5 湿热环境作用下CFRP加固高强RC梁性能的有限元分析

5.1 引言

5.2 有限元模型

5.2.1 基本假设

5.2.2 几何信息、约束与荷载

5.2.3 材料本构及参数设置

5.2.4 网格划分及单元类型

5.2.5 材料界面设置

5.3 劣化后的材料与界面

5.4 模拟结果及分析

5.4.1 模拟效果分析

5.4.2 极限承载力分析

5.4.3 荷载-挠度曲线分析

5.4.4 胶层的剪应力分析

5.4.5 CFRP应变分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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