冻融环境对CFRP加固混凝土梁疲劳性能的影响

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发布时间：2021-09-10

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冻融环境对CFRP加固混凝土梁疲劳性能的影响
喻林a，钱向东，吴晓晖
(河海大学a．力学与材料学院；b．土木与交通学院，江苏南京210098)
摘要：通过对碳纤维布加固混凝土梁经过冻融循环作用后的疲劳试验，分析了冻融循环作用以及不同应力水平对碳纤维布加固混凝
土梁的疲劳性能影响。试验结果表明：冻融循环环境作用导致破坏荷载明显降低，疲劳次数明显减少；应力水平越高，疲劳次数越小；梁的
主要破坏形式是弯曲破坏。
关键词：碳纤维；加固梁；冻融循环；疲劳试验
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2012)05—0027—02
Influence of freeze-thaw environment on the fatigue perform ance of CFRP reinforced concrete beam
YULin ，QIANXiang-dong ，WUXiao-hui
(a．InstituteofMechanics andMaterials；b．Institute ofCivil andTransportationEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098，China)
Abstract： Atier freeze．thaw cycle effect on the Carbon Fiber．Reinforced Polymer(CFRP)reinforeed concrete beams．the fatigue tests under the
diferent stress】eve1 were done．Through the fatigue test，a detailed analysis ofinfluence of疗CCZC—thaw cycling action and diferent stress level on
the fatigue performance of CFRP reinforeed concrete beam was made．The test results indicate that：Under the action of the freeze．thaw cycle
environment，both ofthefailure sustainedload andthenumberoffatiguewere significantly reduced； eb咖erofthe s~esslevel，theless ofthe
number offatigue：CFRP reinforced concrete beams were damaged in the form ofbending failure．
Key w ords： carbon fiber-reinforced polym er；reinforced concrete beam ；freeze—thaw cycle；fatigue test
0 引言
钢筋混凝土结构成为工程建设中一种最为广泛的结构形
式，但在自然环境和使用环境作用下，由于累积损伤、材料老
化、灾害荷载、设计和施工中的缺陷等因素的综合作用下发生
过早失效。如严寒地区的混凝土桥梁一方面承受着频繁的交通
荷载，另一方面又受到冻融循环和来自除冰盐的离子侵蚀[1】。提
高材料的耐久性和服役寿命已遍及材料科学与工程的各个领
域[2_3]。碳纤维片材由于其高强轻质、适应性强、易于施工、材料
本身耐腐蚀、耐疲劳性能好，且适用面广等优点，受到我国工程
界的密切关注[4_Iq。本研究通过对碳纤维布加固混凝土梁经冻
融循环作用后的疲劳试验，分析不同应力水平作用下冻融循环
作用对碳纤维布加固混凝土梁的疲劳性能影响。
1 试验设计
1．1 试件设计
制作的试验梁尺寸均为100mrr~lO0ram~400mm，采用C30
混凝土，混凝土试块实测立方体抗压强度代表值为41．2 MPa。
碳纤维布采用CFW200单向碳纤维布；黏结剂采用DL—JGN—D
型碳纤维建筑结构黏合剂及DL．JGN—E型碳纤维黏合剂专用
底胶。
1．2 试验加载与量测
试块标养28 d后，将试件取出风干，然后按照CECS 146一
收稿日期：2011-11一l9
基金项目：海岸灾害及防护教育部重点实验室科研基金资助项目(201 1026)
2003(碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》⋯】工艺要求粘贴碳
纤维布。本试验采用水冻方法，仪器采用H．3185型全自动快速
冻融试验机，按照GBJ 82—85《普通混凝土长期性能和耐久性
试验方法》中抗冻性能试验的快冻法进行，连续进行100次冻
融循环后，进行应力水平分别为0．65、0．7O、0．75、0．85、O．90的疲
劳试验。试验以试件静态强度的试验确定疲劳试验中试件实际
承受的荷载。
2 试验结果及分析
表1为试件经过100次冻融循环后，在不同应力水平(0．65～
0．90)作用下的疲劳寿命。自然环境下应力水平0．80试件的疲
劳寿命为5 688次。冻融循环后混凝土内部产生损伤，从宏观物
理性能上来看，主要表现为动弹性模量的下降、表面剥落造成
质量损失；从力学性能上来看，主要表现为抗压强度、抗折强
度、静弹性模量等力学性能指标的降低；从微观和细观来看，表
现为微细裂缝的扩展、凝胶体从密实向松散发展等。混凝土的
冻融破坏可以理解为混凝土在冻融循环的作用下，静水压力和
渗透压力疲劳作用于混凝土而引起混凝土内部损伤累积的结
果。从表1试验结果可以看出：试件经过100次冻融循环后，当
应力水平为0．90时，试件平均疲劳寿命仅为82次，而当应力水
平为0．65时，试件平均疲劳寿命仅达到302 835次。试验说明
应力水平越高，疲劳次数越小；应力水平大于0．80时，疲劳寿命
较小(不超过5 000次)，容易发生脆性破坏。