基于材料界面关系演化的CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁的破坏机理研究

The investigation for corroded RC structures strengthened with carbon fiber reinforced polymer（CFRP）in the marine environment needs more further research.The failure mechanism of CFRP strengthening corroded concrete flexural member will be investigated in terms of the rebar corrosion,concrete crack initiation and development, interface evolution between the three materials. The acoustic emission (AE) technique will be employed to investigate the strengthening effect of CFRP on the corroded reinforced concrete. Through the investigation on signal of the bond damage, crack of concrete, regional cover fallen off and CFRP broken down, the characteristics of signal will be captured and analyzed to disclose the damage initiation and evolution of CFRP reinforced corroded concrete during the loading; The effect of variable of interface between corroded rebar and concrete, CFRP and concrete during loading on the mechanical performance will be investigated. The calculation model on the CFRP corroded stiffness and limit state strength including the parameter corrosion rate, loading level will be established. The results will develop the knowledge on the CFRP reinforced concrete durability and application in ocean environment. The application of AE technique will be further enhance in this investigation.

针对目前海洋环境下CFRP加固锈蚀混凝土结构的研究需要进一步深入的现状，本项目开展基于锈蚀钢筋、混凝土、CFRP三种不同材料间界面关系演化的CFRP加固锈蚀混凝土梁的破坏机理研究。项目将在CFRP加固锈蚀混凝土受弯构件的荷载试验中运用声发射技术，通过对锈蚀钢筋的粘结破坏、混凝土开裂、局部保护层脱落、CFRP断裂剥离等事件声发射信号特征的捕捉与分析，揭示CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁在加载过程中损伤的产生和演化，明确"锈蚀钢筋-混凝土"，"CFRP-混凝土"两个界面在加载过程中的变化对梁整体力学性能的影响，建立针对不同锈蚀率、不同荷载水平的CFRP修复锈蚀混凝土梁刚度、极限荷载等力学特征的计算模型。项目研究成果对于促进海洋环境下CFRP加固锈蚀钢筋混凝土构件耐久性的理论研究和工程应用具有积极意义，同时也可有效推动声发射技术在此类研究中的应用。

针对CFRP加固修复后锈蚀钢筋混凝土构件力学性能研究较少的现状，开展了荷载作用下CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁力学性能的研究工作，项目研究借助声发射检测技术与传统试验方法相结合的方式，深入分析了钢筋锈蚀以及荷载作用下试件损伤的发生、演化，以至各部分间的相互作用关系。完成了从材料损伤到CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁力学性能的研究，共包括钢筋锈蚀，锈蚀钢筋与混凝土粘结性能，锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能研究，CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能研究四个部分内容。试验研究过程中除了常规实验方法外，采用声发射信号特征分析为辅助手段，对锈蚀混凝土试件试验过程中损伤的产生和演化规律进行分析，对比了声发射的定位效果与试件实际破坏形态，明确了声发射信号突变对应拉拔过程的两个临界状态；通过对“锈蚀钢筋-混凝土”界面粘结损伤的产生、演化和破坏机理的深入分析，明确了粘结应力沿粘结长度随钢筋锈蚀率增加的变化趋势。在锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能和CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能的试验研究中，通过对试件挠度、钢筋应变、碳纤维应变、承载力、破坏形态等力学指标的监测与分析，结合试验过程中钢筋的粘结破坏、裂缝产生、局部保护层脱落、CFRP断裂剥离等事件声发射信号特征，明确了锈蚀钢筋混凝土梁和CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁在各受力阶段的力学性能，分析其由“梁效应”向“拱效应”转化中的影响因素，以及钢筋应力沿筋长分布特征，碳纤维应力传递等对整体力学性能、加固修复效果的影响。项目研究从“锈蚀钢筋-混凝土”，“CFRP-混凝土”三种材料、两个界面在加载过程中界面关系的演化以及应力传递规律，全面阐述了加载过程中损伤的产生、发展规律，明确了锈蚀率、荷载水平对CFRP加固锈蚀混凝土受弯构件性能的影响，阐述了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土受弯构件的力学行为及破坏机理，建立了基于粘结力损失的CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算模型。项目成果为GFRP加固修锈蚀钢筋混凝土受弯构件的力学性能评价、在役寿命预估提供了数据支持和理论依据。