FRP加固锈蚀钢筋混凝土受弯构件的保护层剥离行为研究

纤维增强塑料（FRP）在工程加固中的应用日趋广泛，但对于FRP加固锈蚀混凝土构件的研究却仍处于探索阶段，特别是此情况下的剥离破坏未见有相关研究报道。对于粘贴FRP加固的锈蚀钢筋混凝土受弯构件，无论直接粘贴或置换锈胀保护层后再加固，均会因存在锈胀裂缝或新老混凝土结合面而在靠近纵筋位置形成薄弱面，对潜在的FRP剥离破坏形式产生巨大影响。本项目采用试验手段，结合有限元分析方法以及弹性力学与断裂力学理论，对此存在削弱界面情况下的FRP端部剥离、中部剥离及主斜裂缝剥离展开深入研究，主要内容包括保护层剥离的破坏机理与发生条件、纵筋削弱界面对剥离破坏影响、以及剥离对加固构件受力性能影响。通过研究建立FRP加固锈蚀构件的剥离强度计算模型，以及基于剥离极限状态的构件承载力计算方法，并给出FRP加固锈蚀钢筋混凝土构件的合理施工技术方法、注意事项及构造措施，为FRP在锈蚀钢筋混凝土结构中的应用奠定基础。

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土受弯构件时，无论是在受损保护层上直接粘贴，或是置换保护层后粘贴CFRP，都可能因锈胀裂缝或新老混凝土不良结合面而形成水平薄弱界面，对CFRP剥离和结构整体性与受力造成不良影响。项目针对有弱界面存在下的CFRP加固受弯构件展开研究，旨在明晰弱界面对CFRP加固体系受力剥离的作用机理、影响因素以及设计要点。. 项目以试验为基础，浇筑带有两种弱界面的梁试件进行受弯试验，同时浇筑立方试件和Z型试件测得弱界面材性数据。对试验结果深入分析基础上，建立有限元模型深入探索主要参数的影响，并最终建立界面断裂能模型分析计算弱界面CFRP剥离。. 综合试验及理论研究结果发现：弯矩变化产生的剪切粘结应力和受力裂缝处混凝土回缩产生的开裂粘结应力叠加，是造成中部CFRP沿弱界面过早剥离的主要原因，剥离随加载向端部发展，削弱了加固体系的整体性，无约束条件下纵向CFRP发生整体剥离；界面削弱越严重，加固量越大，保护层厚度越小，界面剪切传递能力越弱，剥离破坏越易发生和发展；U形箍约束能防止纵向CFRP整体剥离破坏，保证其有效受力，但不能完全防止局部剥离沿薄弱界面发展，易导致纵向CFRP在复合受力条件下过早断裂，且存在较高的端部锚固破坏的风险；锈胀裂缝弱界面作用下，界面削弱程度的影响相比更为敏感，但横向约束的作用效果更显著。. 存在弱界面条件下，传统CFRP加固方式与设计方法仍适用，但受弯CFRP容许极限应变宜按所建立的模型计算结果降低，并采取限制满贴、加大弱界面与CFRP之间保护层厚度、加强有效横向约束等构造措施。另外，在评价锈胀开裂削弱等方面采用现有研究成果时，宜采用锈蚀电流密度小于50μA/cm^2的干湿交替法所获得试件的成果，否则应充分考虑实验室技术与自然锈蚀条件的差别。. 项目研究揭示了弱界面存在对锈蚀钢筋混凝土构件采用CFRP受弯加固的影响，并提出了具体的设计计算方法及构造措施，给工程中锈蚀混凝土构件的加固设计施工或有弱界面加固构件的承载力评估提供了技术依据。