复杂海洋环境下持载作用的FRP加固高强混凝土耐久性研究

The research is based on the different failure modes and degrees of concrete under terrestrial environment and complex aggressive environments. The bond stress, bond strength, and bond-slip of the interface between high strength concrete and CFRP under sustained load, the environment of alternation of wetting, drying freeze-thaw environment and chloride penetration will be investigated in the project. And the experimental results would be compared with the specimens under single aggressive environment. The new attenuation models of some parameters such as bond stress, bond strength,and bond-slip relationship will also be proposed. Based on the experimental and analytical results of reinforced high strength concrete component strengthened by CFRP in the complex aggressive ocean environments, a new method to calculate the debonding capacity, failure load and deformation of reinforced high strength concrete component will be found, which would provide theoretical foundation for durability design.The final purpose of this project is to pinpoint the degradation mechanism of bond behavior between CFRP and high strength conctrete interface under the complex aggressive environments and present a simple and efficient design method of durability for high strength concrete component strengthened by CFRP.

针对混凝土在复杂恶劣环境下混凝土破坏形式和程度与陆地环境大有不同，本项目将综合研究在持续荷载作用下，冻融循环、干湿交替、氯离子侵蚀等恶劣环境耦合作用对CFRP与高强混凝土粘结界面的粘结力、粘结强度、粘结滑移等界面参数的影响规律，与单一环境作用下的试验结果进行对比分析，探讨其影响差异及其规律；建立新的针对高强混凝土与CFRP粘结界面的粘结力、粘结强度、粘结滑移等界面参数衰减模型；基于CFRP加固的高强钢筋混凝土构件在复杂海洋环境下的试验结果和理论分析结果，提出加固后构件的剥离荷载、破坏荷载及变形计算方法，为其耐久性设计提供理论依据。此项目的最终目标是：明确在复杂海洋环境作用下CFRP与高强混凝土界面粘结性能的退化机理，为CFRP增强高强混凝土构件提供简单高效的耐久性设计方法。

冻融循环、湿热环境、干湿循环、持续荷载等恶劣环境均会对CFRP加固高强混凝土结构产生很大影响。因此，明确复杂海洋环境下CFRP加固高强混凝土界面粘结性能的退化机理，为结构提供高效的耐久性设计方法是研究重点。在试验方面，进行了CFRP加固高强混凝土双面剪切试件施加不同等级的持续荷载，再进行冻融循环、干湿交替、湿热环境等试验。结果表明，持载和冻融作用会减小粘结面的极限荷载、极限粘结滑移、粘结刚度和局部切应力峰值，二者的共同作用使得界面粘结性能进一步退化；CFRP与高强混凝土之间的有效粘结长度增加，破坏形态由树脂与混凝土的粘结破坏转变为表层混凝土的剪切破坏。持载和干湿作用下，CFRP加固高强混凝土界面的粘结强度前期上升但整体呈下降趋势，干湿作用对界面的粘结强度影响较大，持续荷载则会降低粘结刚度。随着干湿次数的增加，CFRP与高强混凝土之间的有效粘结长度小幅增加。常温下，软化荷载受温度影响不大，极限荷载随着时间的推移有所提高，界面的屈强比、延性和极限位移都有所下降；高温下，软化荷载、软化位移、极限荷载和界面屈强比都随着时间的推移而增大，但是界面极限位移、延性都有下降趋势；温度越高，有效粘结长度越小。数值模拟方面，采用P值检验法和最大曲率法对CFRP-高强混凝土粘结界面的冻融损伤进行了定量化评估，分析了CFRP-高强混凝土冻融损伤的劣化特征点及其相关规律。结果表明，初劣点、陡劣点及最大曲率等指标可以准确地反映CFRP加固高强混凝土冻融劣化过程的特征。提出了在复杂环境下梁的抗弯承载力计算方法，给出了冻融及持续荷载作用下CFRP加固高强混凝土粘结界面强度的折减系数。此外，还针对复杂海洋环境下持载作用的CFRP加固高强混凝土梁结构耐久性、复杂海洋环境下预应力CFRP-高强混凝土试件耐久性进行了研究。