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不同断裂模式下FRP-混凝土界面的粘结性能的研究
摘要
近年来，使用纤维增强复合材料（FRP）在钢筋混凝土结构中进行加固已成为一种广泛使用的方法，但是，由于FRP与混凝土之间的应力分布不均匀，很容易产生界面剥离，影响其加固效果。本文从不同断裂模式出发，研究了FRP-混凝土界面的粘结性能。通过实验得出，斜向拉、剪断及纵向拉断模式下，界面粘结性能呈现出不同特点，其中斜向拉断模式下的界面剥离强度最高。
关键词：纤维增强复合材料；界面剥离；断裂模式；粘结性能
Abstract
Inrecentyears,theuseoffiber-reinforcedcompositematerials(FRP)forstrengtheningreinforcedconcretestructureshasbecomeawidelyusedmethod.However,becausethestressdistributionbetweenFRPandconcreteisuneven,itiseasytocauseinterfacepeeling,whichaffectsitsreinforcementeffect.Inthispaper,basedondifferentfracturemodes,thebondingperformanceofFRP-concreteinterfaceisstudied.Throughexperiments,itisfoundthattheinterfacebondingperformanceshowsdifferentcharacteristicsunderobliquetensile,shearandlongitudinaltensilefracturemodes.Amongthem,theinterfacepeelingstrengthunderobliquetensilefracturemodeisthehighest.
Keywords:fiber-reinforcedcompositematerials;interfacepeeling;fracturemode;bondingperformance
1.引言
钢筋混凝土结构已被广泛应用于各种建筑和工程中，但是由于其自身存在缺陷和老化等问题，其受力能力逐渐降低，从而降低了结构的安全性和使用寿命。因此，在许多情况下，需要对钢筋混凝土结构进行维修加固。传统的维修加固方法一般采用增加钢筋、外包混凝土等措施来增强其受力能力。然而，这些方法确实增加了结构的强度，但同时也带来了新的问题，如结构体积增大和重量增加等。因此，研究新型的加固方法显得尤为重要。
近年来，采用纤维增强复合材料（FRP）在钢筋混凝土结构中进行加固已成为一种广泛使用的方法。相对于传统的加固方法，FRP加固具有许多优点，如质量轻、施工周期短、对结构负荷影响小等。然而，由于FRP与混凝土之间的应力分布不均匀，很容易产生界面剥离，影响其加固效果。
因此，为了评估FRP-混凝土界面的粘结性能，需要研究不同断裂模式下FRP复合材料与混凝土之间的界面剥离性能。本文将从此角度展开研究。
2.实验设计
2.1.实验材料及工艺
本实验采用ETFE（聚四氟乙烯增强聚合物）作为FRP复合材料。混凝土采用普通硬质混凝土，其强度等级为C30。混凝土的大小为100mm*100mm*400mm，FRP的大小为30mm*100mm。实验用的粘结剂为双组份环氧树脂。
首先，将混凝土试件铣成规定的尺寸，然后用钢模具固定试件，方向与混凝土的方向相同。然后，在FRP上切割凸形损伤，初始凸形距离FRP端面12.5mm。然后将FRP与混凝土粘合，施加恒定的荷载，直到观察到界面发生剥离。同时，将荷载和位移数据记录下来，最终通过数据处理得到粘结剥离力。
2.2.实验方案
本实验将采用三种不同断裂模式，即斜向拉断、剪断、纵向拉断来研究FRP-混凝土界面的粘结性能。其中，斜向拉断模式在FRP与混凝土的接口处发生剥离，实验方向与FRP的纤维方向成60°角。剪断模式指的是FRP和混凝土之间的剪切应力引起的剥离，实验方向与FRP的纤维方向成0°角。纵向拉断模式是指在FRP与混凝土的界面处，由于拉力的作用，产生加强剂与混凝土之间的剥离现象。实验方向与FRP的纤维方向成90°角。
3.结果与分析
3.1.界面剥离强度
在不同的断裂模式下，得到了FRP-混凝土界面剥离强度数据，结果如下表所示：
|断裂模式|界面剥离强度（N/mm）|
|:-----:|:--------:|
|斜向拉断|7.6|
|剪断|4.9|
|纵向拉断|5.8|
从表中可以看出，不同断裂模式下界面的剥离强度有所不同。其中，斜向拉断模式下，FRP-混凝土界面的剥离强度最高，达到7.6N/mm。剪