李國民
摘 要:首先通過24塊事先已經(jīng)經(jīng)過凍融循環(huán)的混凝土試件,外加循環(huán)荷載條件,考察循環(huán)荷載和凍融循環(huán)次數(shù)兩個(gè)參數(shù)對CFRP-混凝土界面的極限荷載的影響。結(jié)果表明:復(fù)合荷載作用下,界面極限荷載下降很快,總體呈現(xiàn)線性下降趨勢,界面極限荷載減少為原來的1/8,界面承載能力大為削弱。影響界面極限荷載中的因素中,循環(huán)荷載其主要作用。
關(guān)鍵詞:凍融循環(huán);循環(huán)荷載;混凝土;CFRP;界面
上世紀(jì)90年代,F(xiàn)RP加固技術(shù)在我國開始逐漸新興起來,由于其獨(dú)特的優(yōu)勢,迅速在土木工程、鋼鐵制造業(yè)、航空航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。我國東北地區(qū)冬季氣溫較為寒冷,據(jù)遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院氣候調(diào)研報(bào)告(2010年)對2000-2010十年內(nèi)的溫度調(diào)研總結(jié),遼寧省14個(gè)地級市,在冬季極寒條件下,最低氣溫均突破-20℃,遼寧屬于重工業(yè)區(qū)域,工業(yè)化程度較高,交通負(fù)載較大,很多在役橋梁目前已經(jīng)出現(xiàn)破損,亟待修補(bǔ),CFRP在這個(gè)時(shí)候體現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢。
基于以上工況,橋梁底板承受的來自環(huán)境的凍融循環(huán)損傷和車輛荷載的循環(huán)碾壓損傷,因此是符合荷載受力情況,關(guān)于上述的工況分析,很多學(xué)者已經(jīng)做了大量的研究,例如Bisby and Green[1]通過開展3種類型的FRP片材在凍融循環(huán)下加固性能,發(fā)現(xiàn)直到300次凍融循環(huán),F(xiàn)RP-混凝土構(gòu)件并無明顯力學(xué)性能變化;Ahmad[2]卻得到了與Bisby相反的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)對FRP-混凝土梁影響很大,尤其是在凍融循環(huán)后期,劣化更為明顯;李杉[3]研通過開展一系列凍融循環(huán)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)隨著凍融齡期的增長,F(xiàn)RP-混凝土的破壞面,從單純的混凝土表層剝離轉(zhuǎn)向混凝土-膠層界面處剝離破壞,這一研究結(jié)果將各國學(xué)者的研究重點(diǎn)增加了一個(gè)環(huán)節(jié),那就是膠體性能的研發(fā)和耐久性研究,具有重要意義。同時(shí)他發(fā)現(xiàn)動(dòng)力循環(huán)下凍融循環(huán)的客觀性,明確FRP-混凝土界面是破壞的重點(diǎn)位置,應(yīng)該加強(qiáng)對此界面的關(guān)注。目前,這方面的研究已經(jīng)引起一些學(xué)者的關(guān)注。[4-6]
綜上可見,亟需對復(fù)合荷載下CFRP-混凝土界面(以下簡稱為界面)的粘結(jié)行為進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究,本文從凍融循環(huán)下的損傷梁開始著手,對梁體進(jìn)行循環(huán)加載,考察凍融循環(huán)次數(shù),是否加載循環(huán)荷載兩參數(shù)對界面的極限荷載的影響,以期對橋梁加固工程設(shè)計(jì)提供一些實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
1 試驗(yàn)方案
1.1 試件制作
基于表1配比制成C30混凝土試件,試件尺寸10×10×22cm3,24塊試件分成4組,每組試件6塊,3塊用于加循環(huán)荷載,3塊用于不加循環(huán)荷載。試件工況見表2。材料的物理性能參數(shù)如表3所示。
1.2 試驗(yàn)過程
采用 KDR-V9 型混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī),凍融循環(huán)方案參考GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》中快凍法的相關(guān)規(guī)定,每個(gè)凍融循環(huán)周期約為3h,試件中心最低和最高溫度分別控制在(-18±2)℃和(5±2)℃,凍融循環(huán)次數(shù)為0次(作為對比試件)、50次、100次和300次;通過MTS疲勞試驗(yàn)機(jī)對單剪試件施加動(dòng)力循環(huán)荷載,進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。以相同尺寸試件靜載極限承載力的80%為循環(huán)荷載上限值,30%為荷載下限,采用力控制的方法,按正弦波對試件施加循環(huán)荷載,基本循環(huán)次數(shù)定為4萬次,而后取下試件做單剪試驗(yàn)。
單剪采用20t電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行加載。剪試驗(yàn)加載速率為位移控制,速度為為5mm/min,單剪實(shí)驗(yàn)過程中,采用IMC動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)與應(yīng)變片相連,實(shí)時(shí)觀測應(yīng)變隨著加載力的變化情況,同時(shí)在CFRP撕裂過程中采集到極限荷載,極限位移、最終位移,同時(shí)觀察試件破壞形態(tài)。
2 試驗(yàn)結(jié)果
試件加載后,當(dāng)加載力到達(dá)極限荷載的70%左右,界面處傳來“噼噼啪啪”的響聲,到了極限荷載,“砰”的一聲纖維布從混凝土表面剝離出來。從破壞形態(tài)來看纖維布會(huì)從試件表面剝離下來,并帶有一定厚度的混凝土,加了循環(huán)作用的時(shí)間,剝離下的混凝土越多,這是由于本來已經(jīng)表層經(jīng)過凍融循環(huán)的混凝土試件,再次經(jīng)過循環(huán)荷載,這一過程加速了混凝土表層的劣化,形成較多裂縫,在后期單剪試驗(yàn)中,切向粘結(jié)應(yīng)力使得混凝土保持不住本體,從表層脫落下來;從破壞時(shí)間來看,經(jīng)過多次凍融且循環(huán)荷載后的試件,承載能力較弱,往往不到2kN作用,CFRP布便從表面剝離下來,界面承載能力大為削弱,以對比件來說,照比300次凍融循環(huán)下的循環(huán)荷載件,界面極限荷載強(qiáng)化近8倍。
3 結(jié)論
(1)復(fù)合荷載作用下,界面粘結(jié)能力大為下降,總體呈現(xiàn)線性下降趨勢。
(2)復(fù)合荷載作用下,影響界面極限荷載中的因素中,循環(huán)荷載其主要作用。
(3)復(fù)合荷載作用下,以300次凍融循環(huán)下的循環(huán)荷載件來說,界面極限荷載減少為原來的1/8,界面承載能力大為削弱。
參考文獻(xiàn):
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