湿热环境下FRP-混凝土界面的疲劳粘结-滑移机理研究

对于我国南方及沿海地区的FRP加固钢筋混凝土（RC）桥梁结构，湿热的大气环境和车辆疲劳荷载共同作用会加速界面粘结性能的退化，发生疲劳破坏，直接影响加固桥梁结构的整体性和安全性，因此，探讨FRP-混凝土界面在湿热环境和疲劳荷载作用下的粘结-滑移机理具有重要的科学意义。 本项目以碳纤维薄板（Carbon Fiber Laminate，简称CFL）与混凝土的粘结界面为研究对象，考虑我国南方湿热的大气环境，对湿热环境和疲劳荷载作用下CFL-混凝土界面的粘结滑移机理进行了研究，主要研究内容和结论如下： （1）提出了FRP-混凝土界面的剪切疲劳实验方法。研制了装夹具，确保CFRP-混凝土界面在疲劳实验过程中始终处于纯剪切应力状态；研制了湿热环境和疲劳荷载共同作用的控制系统，实现加载条件；利用数字图像测试技术（Digital Image Correlation，DIC）非接触式精确测试方法，观测裂纹在疲劳荷载下的萌生、发展过程。 （2）湿热环境与疲劳荷载的非共同作用、共同作用的CFRP-混凝土界面粘结-滑移机理的实验研究。对双剪试件进行湿热环境预处理，然后在室温大气中实施疲劳实验，探讨了不同温度、湿度条件等对CFRP-混凝土界面粘结-滑移机理的影响。模拟CFRP加固混凝土桥梁结构的实际工作条件，在湿热环境箱内进行疲劳实验，探讨湿热环境和疲劳荷载共同作用下对界面粘结性能的加速退化机理。 （3）湿热环境与疲劳荷载下CFRP-混凝土界面的粘结-滑移模型研究。对CFRP-混凝土界面的粘结-滑移实验曲线进行分析，构建考虑湿热环境的界面疲劳粘结-滑移模型，提出模型中特征参数的表达式。 本项目的研究结果将为FRP-混凝土界面在湿热环境下的疲劳性能研究提供方法参考意义，为CFRP加固RC结构的界面粘结-滑移耐久性分析提供理论依据和基础实验数据。 2100433B

针对我国南方及沿海地区的典型气候以及公路桥梁的活载特点，探讨碳纤维增强复合材料（CFRP）加固混凝土桥梁结构耐久性的基础科学问题——FRP-混凝土界面在湿热环境与车辆荷载共同作用下的疲劳粘结-滑移机理。提出湿热环境下CFRP-混凝土界面的剪切疲劳实验方法、CFRP-混凝土界面疲劳损伤全过程的非接触式在线高精度测试方法，以解决剪切疲劳实验过程如何保持界面处于纯剪切应力状态、界面滑移量的精确测量方法和技术、界面粘结-滑移实验曲线下降段数据的有效获取等关键技术；建立考虑湿热环境影响的CFRP-混凝土界面的疲劳粘结-滑移模型，以准确描述界面粘结-滑移实验全曲线，突破现有FRP-混凝土界面粘结-滑移实验曲线下降段的力学-数学描述难题；初步探明CFRP-混凝土界面在湿热环境与疲劳荷载共同作用下的粘结-滑移机理，为CFRP加固混凝土桥梁结构的耐久性评估和加固设计提供理论依据和基础实验数据。

广义荷载下，纤维增强复合材料（FRP）加固混凝土结构往往因界面强度不足而发生界面剥离破坏。界面剥离过程复杂，试验观测难度大。有限元法等数值模拟方法在粘结界面本构模型、求解精度、网格重分和映射、大型非线性方程组求解、算法稳定性和收敛性等方面尚存不足。目前大部分研究针对静载下的界面剥离问题，冲击、碰撞和爆炸等动载作用下的界面剥离机理尚不明确。本项目拟基于Griffith应变能释放率推导和验证一种普适的弹塑性复合型裂缝扩展准则，结合面内剪切试验建立合理的率相关界面单元本构模型，在FEM-SBFEM耦合技术、局部弧长法、高效的网格重分和映射技术的基础上实现冲击荷载下FRP-混凝土界面动态剥离全过程的快速显式模拟，并与精细有限元和冲击试验相互验证。通过参数分析揭示应变率效应、惯性效应、加载速率和粘结材料特性等因素对界面剥离宏观规律和微观表征的影响，为FRP加固混凝土结构的安全性研究奠定重要基础。 2100433B

型钢与混凝土之间的连接主要依靠二者的粘结锚固作用，即粘结力，这种粘结力的影响因素当然很多，导致二者之间的粘结力有大有小，变形差的存在会产生连接面上的相对滑移2100433B