關于cfrp在隧道加固中抵抗剝落的實驗研究

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1、CFRP在隧道加固中抵抗剝落的實驗研究李發(fā)平,袁鴻(暨南大學應用力學研究所,廣東廣州510632)[摘要]采用纖維片材加固工程結構是一種新型加固技術。本文通過對21個曲面試件和7個平面試件開展抵抗剝落的試驗研究。分析了CFRP-混凝土界面粘結破壞的模式和機理。試驗表明,不同曲率半徑試件及CFRP拉伸剛度對隧道加固抵抗剝落破壞的影響是顯著的。本文的試驗方法和試驗結果可以應用到隧道加固的設計中。[關鍵詞]碳纖維布;隧道加固;抵抗剝落;模型試驗Experimentalinvestigationoncarbonfiberreinforcedpolymerintunnelstrengthenin

2、gtoresistspallingLIFa-ping,YUANHong(InstituteofAppliedMechanics,JinanUniversity,Guangzhou510632,China)[Abstract]Tostrengthenreinforcedconcretestructuresbyexternallybondedfiberreinforcedpolymer(FRP)sheetisconsideredtobeanewstrengtheningtechnology.21curvedspecimensand7planespecimensareinvestigated

3、inthepaper.Theinterfacialfailuremodesandmechanismareobservedandanalyzedcarefully.ExperimentalresultsshowthatradiusofcurvatureandstiffnessofCFRPsheetshaveremarkableinfluenceonspallingresistancebehaviour.Thetestmethodsandtestresultsgiveninthepaperareavailableforreferencetothedesignoftunnelstrength

4、ening.[Keywords]CFRPSheets;Tunnelstrengthening;Spallingresistance;Modeltest1引言隨著高等公路建設的迅速發(fā)展,近年來隧道越建越多。然而,在隧道建設取得成就的同時,一些營運中的隧道由于使用年限不斷增加,加之地質因素和行車環(huán)境的不利影響,以及防排水設施的老化,使得部分隧道出現(xiàn)不同程度的襯砌開裂,剝落,危及行車安全,有時被迫關閉交通,進行病害整治,提高結構抵抗剝落的能力逐漸越來越受到重視。抵抗剝落的研究近年才受到重視,Kimpara等[1]最早開展抵抗剝落的理論和實驗研究。WuandYuan等[2]通過對平面試件進行剝

5、落試驗,指出了FRP剛度和界面斷裂能兩個參數(shù)就可以表示出抵抗剝落的性質。通過變化FRP寬度、混凝土強度、FRP粘貼長度以及FRP材料,WuandYuan等[3]采用平面試件研究了雙向粘貼FRP的剝落抵抗性質。袁鴻和劉人懷[4]開展了FRP粘貼混凝土曲面試件抵抗剝落的理論研究。本文對21個曲面試件和7個平面試件開展抵抗剝落試驗研究。單向粘貼CFRP抵抗剝落的曲面試件可以模擬隧道、涵洞、拱等的混凝土剝落問題,試件的曲率半徑參考我國實際采用的結構選取,考慮到單、復線鐵路及不同行車道的公路隧道采用不同曲率半徑,試驗中采用了三類不同曲率半徑的曲面試件;單向粘貼CFRP抵抗剝落的平面試件可以模擬梁

6、橋、板橋、人行天橋的混凝土剝落問題。2試驗研究2.1試驗準備試驗采用MTS831.10ElastomerTestSystem儀器進行位移控制加載。參照《公路隧道設計規(guī)范JTGD70-2004》[5]中高速公路、一級公路中各設計速度相應的建筑界限,取曲率半徑分別為R=4m、5m、6m的曲面試件和平面試件模擬隧道內輪廓幾何尺寸。采用C40混凝土制作試件,fck=2.39MPa,ftk=26.8MPa,彈性模量Ec=3.25×104N/mm2,試件中預留30mm空槽用于加載。圖1給出了曲率半徑為5000mm的試件尺寸:圖1試件尺寸對試驗試件進行標號,其中A-1至A-7分別表示曲率半徑為400

7、0mm的七個曲面試件,B-1至B-7分別表示曲率半徑為5000mm的七個曲面試件,C-1至C-7分別表示曲率半徑為6000mm的七個曲面試件,D-1至D-7分別表示七個平面試件。相應的CFRP材料性能參數(shù)見表1,試驗試件參數(shù)見表2。表1CFRP材料性能參數(shù)橫截面積(mm2)厚度t(mm)寬度b(mm)彈性模量E(Gpa)抗拉強度(MPa)伸長率1.6650.1118022542401.90%表2試驗試件參數(shù)系列曲率半徑R(mm)長度(mm)截面

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