碳纤维加固混凝土结构界面缺陷对其疲劳寿命影响研究

The key of the carbon fiber reinforcing concrete structure is the bonding properties of carbon fiber and concrete. As the bonding layer is weak the debonding failure occurs frequently in the interface of the carbon fiber and the concrete. It is important to evaluate the influence of the defects to the remaining life of the carbon fiber reinforcing concrete structure. A test system is developed by the stroboscopic method and the photoelastic coating method. The test system is used to test the strain round the interface by the fatigue load. According to the experiment dates the finite element method is used for the inversion of the model parameters which are used to establish the interface slip model. An electronic shear speckle instrument is developed for the detection of the bonding defects of the carbon fiber reinforcing concrete structure. The instrument is used to test the expanding of the interface bonding defect by the fatigue load. According to the test results and the interface slip model the expanding of the interface bonding defect is analyzed. According to the analysis results the residual strength model is established to evaluate the fatigue life. According to the interface slip model and the residual strength model the finite element method is used to study the influence of the different defects to the fatigue life. The site test of the bonding defect of the carbon fiber reinforcing concrete structure is achieved. According to the location, shape and size of the bonding defects the fatigue life is evaluated.

碳纤维加固混凝土结构成功与否，主要取决于碳纤维与混凝土之间粘接性能的优劣。在胶层弱的情况下碳纤维与混凝土界面的剥离破坏都发生在界面上。如何评估缺陷对碳纤维加固混凝土结构剩余寿命的影响也变得至关重要。针对此问题本项目研制频闪法与光弹贴片法相结合的频闪疲劳测试系统，运用此系统测试疲劳载荷下界面附近的变形场，根据实验数据运用有限元软件反演模型参数，进而建立界面滑移机理模型。研制适用于碳纤维加固混凝土结构粘接缺陷检测的电子剪切散斑检测仪，运用此仪器对疲劳载荷下界面粘接缺陷的扩展测试，结合建立界面滑移机理模型进行粘接缺陷的扩展分析，并建立剩余强度退化模型估算疲劳寿命。根据建立的界面滑移机理模型和剩余强度退化模型，运用有限元方法研究碳纤维加固混凝土结构不同界面粘接缺陷对其疲劳寿命的影响。实现碳纤维加固混凝土结构界面粘接缺陷的现场检测，并根据缺陷的位置、形状和大小对结构的疲劳寿命进行评估。

碳纤维加固混凝土结构成功与否，主要取决于碳纤维与混凝土之间粘接性能的优劣。在胶层弱的情况下碳纤维与混凝土界面的剥离破坏都发生在界面上。如何评估缺陷对碳纤维加固混凝土结构剩余寿命的影响也变得至关重要。本项目设计出频闪疲劳测试系统，此系统由疲劳试验机、频闪光源和CCD摄像机组成。频闪疲劳测试系统可结合光学测试方法对变形场或应力场进行测量。设计出基于光弹传感器的压力测量系统来替代光弹贴片法，此方法利用钻芯法留下的圆孔来安装设计的光弹传感器对碳纤维加固混凝土结构进行测试，设计光弹传感器和数据采集装置，并对数据采集方法和光弹材料的力学性能进行系统研究。频闪疲劳测试系统可结合基于光弹传感器的压力测量系统对碳纤维加固混凝土结构进行测试。对碳纤维加固带裂纹缺陷的混凝土试件的力学性能进行实验研究和有限元数值模拟研究，并根据实验结果对界面滑移机理进行分析。设计出适用于CFRP加固混凝土结构粘接缺陷现场检测装置，该装置的加载方式采用本项目首次提出的局部真空加载法。提出对于小变形运用实时时间差电于剪切散斑技术进行检测，对于大变形运用傅里叶变换轮廓法进行检测，并对检测方法的测试精度影响因素进行研究。此检测装置能够实现碳纤维加固混凝土结构界面粘接缺陷的位置、形状和大小的现场检测。