【论文分享】疲劳荷载作用下CFRP-混凝土界面粘结特性分析

论文链接：http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.06.071

1题目

疲劳荷载作用下CFRP-混凝土界面粘结特性分析Analysis of interfacial bonding characteristics of CFRP-concrete under fatigue loading

2来源

来源：Construction and Building Materials

出版年份：2016年

作者：Jun-Tao Zhu , Xin-Ling Wang , Xian-Dong Kang , Ke Li

作者单位：郑州大学、北京市地震局

3摘要

本文介绍了9个碳纤维增强复材(CFRP)布加固试件在疲劳载荷作用下粘结性能的试验和研究结果。本研究旨在探讨疲劳荷载作用下混凝土强度和疲劳幅值对CFRP-混凝土界面粘结性能的影响。首先，设计并建造了不同混凝土强度的梁式试件。其次，对试件进行了不同疲劳幅值的疲劳载荷试验。试验结果表明，疲劳寿命随混凝土强度的增加而增加，但随着疲劳荷载幅值的增加而减小，并提出了疲劳寿命的预测公式。疲劳荷载作用下，混凝土强度和疲劳荷载幅值对有效粘结长度影响不大。粘结-滑移关系的试验结果表明，曲线随着加载循环次数的增加而不断退化，即最大剪切应力随着加载循环次数的增加而减小。最后，建立了考虑混凝土强度和疲劳荷载幅值影响的粘结滑移模型。试验结果与该模型的对比表明，该模型可以较好地描述疲劳荷载作用下CFRP-混凝土界面的粘结-滑移关系。

4研究背景

对于长期服役的混凝土结构，通常会出现不同程度老化和损伤。为了弥补这类缺陷，开发了一种外部粘贴CFRP布修复既有破损钢筋混凝土结构的加固技术，并得到了广泛地应用。过去的几十年间，研究人员发现外部粘贴CFRP布使得加固构件的极限承载力、抗剪承载力、抗弯刚度和延性均有不同程度的提高。构件的破坏模式主要为FRP-混凝土界面剥离。因此研究FRP与混凝土的粘结性能变得尤为重要。现阶段静力荷载作用下FRP-混凝土粘结性能已从试验和理论两方面得到了广泛而深入的研究，但对外部粘结FRP的钢筋混凝土结构疲劳性能的研究还不够充分。

5研究内容

本文旨在研究疲劳幅值和混凝土强度对CFRP-混凝土界面粘结性能的影响。为了反映FRP加固混凝土结构的实际情况，作者一共制备了9个梁式试件，并对其进行疲劳试验。试验变量包括混凝土强度和疲劳荷载幅值。根据试验结果，作者首先分析了试件的破坏模式，接着通过回归分析给出疲劳寿命的预测公式。然后分析了试件的剥离长度、加载端的位移和局部应变的分布。最后提出了CFRP-混凝土界面最大剪应力的计算公式，给出界面粘结-滑移关系的计算方法，并将计算所得的粘结滑移曲线与试验数据进行了比较。

图 1 疲劳幅值等级与荷载循环对数的关系

6主要结论

(1)疲劳试验中所有试件均以CFRP布剥离而失效。CFRP布的剥离始于近跨中的加载端，并向自由端延伸。在低幅值的疲劳荷载作用下，可能在混凝土、胶层与混凝土界面、CFRP布与胶层界面三个部位出现剥离。然而，这一基于有限数据得出的结论需要更多的研究来支持。

(2)疲劳寿命随混凝土强度的增加而增加，随疲劳荷载幅值(T)的增加而减小。此外，还提出了考虑混凝土强度和疲劳荷载幅值影响的疲劳寿命预测公式，它是在有限的数据基础上得出的，需要进一步的研究来验证其准确性。

(3)不同混凝土强度试件在不同加载幅值下的有效粘结长度均在40 mm左右，说明混凝土强度和疲劳幅值因素对疲劳加载下的有效粘结长度影响较小。这一结论是基于有限的试验数据得出的，需要更多的研究来支持。

(4) CFRP -混凝土界面粘结-滑移关系曲线随着疲劳循环次数的增加而不断退化，即最大剪应力随着荷载循环次数的增加而减小。第一次荷载循环时的最大剪应力随混凝土强度的增加而增大，但随疲劳荷载幅值的增加几乎保持不变。

(5)考虑混凝土强度和疲劳荷载幅值的影响，建立了CFRP-混凝土界面在疲劳荷载作用下的粘结-滑移模型。该模型是在有限的试验数据基础上提出的，其准确性有待进一步验证。