氯離子環(huán)境下BFRP-混凝土界面疲勞性能研究.pdf

1、沿海地區(qū)在役橋梁常常要經(jīng)受氯離子侵蝕和疲勞荷載的共同作用，導(dǎo)致這些結(jié)構(gòu)存在一定的安全隱患。玄武巖纖維增強復(fù)合材料(BFRP)由于具備重量輕、抗腐蝕和疲勞性強、施工方便等優(yōu)點，正被廣泛地應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)的加固工程中。BFRP片材加固技術(shù)是將BFRP外貼于混凝土表面，BFRP－混凝土界面既是傳遞應(yīng)力的關(guān)鍵部位，又是加固構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)。因此，氯離子腐蝕環(huán)境中界面粘結(jié)性能的退化規(guī)律是計算沿海地區(qū)BFRP加固構(gòu)件承載能力和疲勞壽命的關(guān)鍵問題。然而，

2、目前國內(nèi)外對海洋環(huán)境下BFRP－混凝土界面力學(xué)性能的研究還相當(dāng)欠缺，鮮見關(guān)于氯離子環(huán)境下界面疲勞性能的研究，極大限制了該項加固技術(shù)在沿海地區(qū)中推廣與應(yīng)用。為此，本研究以BFRP－混凝土界面為研究對象，探索其在氯離子環(huán)境下的粘結(jié)滑移退化規(guī)律和疲勞失效機理。通過設(shè)計和實施一系列BFRP－混凝土界面的腐蝕實驗，開展界面搭接構(gòu)件的靜力和常幅疲勞實驗研究，基于實驗結(jié)果，建立了界面粘結(jié)滑移經(jīng)驗?zāi)Ｐ停⑻岢銎趬勖A(yù)測方法。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如

3、下：
　　（1）加固材料的耐久性研究是探討 FRP-混凝土界面性能的基礎(chǔ)，本研究通過實施不同腐蝕時間的干濕循環(huán)試驗，分析了干濕循環(huán)氯離子環(huán)境對BFRP片材、粘結(jié)樹脂（環(huán)氧）以及混凝土基本力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，BFRP片材的抗拉強度和極限應(yīng)變性能受氯離子腐蝕環(huán)境影響較大，其均隨著腐蝕程度的增加而明顯下降，但BFRP片材彈性模量受氯離子環(huán)境影響較小。環(huán)氧樹脂的抗拉強度、極限應(yīng)變和彈性模量在氯離子環(huán)境中均有不同程度的下降，其中抗

4、拉強度與彈性模量受環(huán)境影響較大。混凝土的抗壓強度隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加有上升的趨勢，主要原因是在短期的腐蝕環(huán)境中，混凝土發(fā)生水化反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土抗壓性能的上升。
　?。?）設(shè)計了 BFRP-混凝土界面搭接構(gòu)件，實施了不同腐蝕程度后搭接構(gòu)件的四點彎曲靜載實驗，分析了氯離子環(huán)境對BFRP-混凝土界面的靜載破壞模式、應(yīng)變演化規(guī)律、極限承載力以及粘結(jié)滑移關(guān)系等方面的影響。研究結(jié)果表明：未腐蝕構(gòu)件的破壞模式主要為BFRP-混凝土界面剝離破壞

5、，而干濕循環(huán)180天之后，加固構(gòu)件的破壞模式則變?yōu)锽FRP斷裂破壞；氯離子環(huán)境使得加固界面的BFRP應(yīng)變發(fā)展速度加快，且減小了界面的有效粘結(jié)長度。結(jié)合本研究靜力實驗結(jié)果和現(xiàn)有界面的粘結(jié)滑移模型，建立了基于Popovics模型的BFRP-混凝土界面粘結(jié)滑移經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀?br>　?。?）實施了一系列 BFRP-混凝土界面的常幅疲勞實驗，研究了氯離子環(huán)境對界面的破壞模式、應(yīng)變演化規(guī)律、裂紋擴展速率以及粘結(jié)滑移關(guān)系的影響，探討了腐蝕環(huán)境中疲勞荷載

6、作用下BFRP-混凝土界面粘結(jié)滑移的退化規(guī)律。研究結(jié)果表明，腐蝕0天和180天主要發(fā)生BFRP-樹脂界面的剝離破壞，而經(jīng)過干濕循環(huán)270天之后，加固構(gòu)件主要發(fā)生BFRP斷裂破壞。在疲勞荷載作用下，加固構(gòu)件的撓度與界面裂紋擴展主要分為3個階段：加載初期的快速增長、中期的穩(wěn)定增長以及破壞前失穩(wěn)增長階段。值得提出的是，氯離子腐蝕環(huán)境加速了界面疲勞裂紋的擴展速率。
　?。?）結(jié)合本研究的靜力實驗結(jié)果，分析現(xiàn)有的界面剝離承載力模型的適用性。