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FRP在混凝土粘结缝中的试验研究
J. Yaoa，B，J.G. Tengb，J.F. Chenc，*
一个土木工程，浙江大学，杭州，310027，中国
土木及结构工程系香港理工大学，香港，中国
基础设施与环境学院，爱丁堡大学工程与电子学院，亚历山大·格拉汉姆·贝尔大厦，国王大厦，爱丁堡EH93JN，英国
2004年1月16日收到；2004年6月2日修订；接受2004年6月20日
网上2004年8月7日可用
摘要
FRP与混凝土的粘结性能是控制FRP复合材料加固混凝土结构性能的关键因素。本文采用近端支撑（NES）单剪试验，研究了FRP与混凝土的粘结抗剪强度。实验结果与陈和滕（J. Struct）的预测结果吻合得很好。Eng. 127（2001）784）结合强度模型，共同验证了测试方法和陈和滕模型的可靠性。NES单剪拉力试验，由于其简单性和可靠性，因此是一个很好的候选人作为标准债券测试。测试结果还表明，陈和滕的[ J. Struct。Eng.（127）（2001）784粘结强度模型在FRP与混凝土宽度比处于两个极端时稍有保守，但当质量较好的试验结果可用时，这种小强度可以很容易地去除。Q 2004爱思唯尔有限公司保留所有权利。
关键词：聚合物基复合材料（PMCS）；B. Debonding；B界面；强度
1、引言
纤维增强聚合物（FRP）复合材料的外粘结技术已成为世界各国推广混凝土结构的一种常用技术（2）。FRP复合材料加固混凝土结构中的一个重要问题是设计不同的脱粘破坏模式，其中一些首先研究了与钢板结合的混凝土梁，包括：（a）覆盖分离（3–5）；（b）板端界面脱粘[3,4，（6）（c）中间（弯曲或弯曲剪切）裂纹（IC）引起界面脱粘[7 ]和（d）临界对角裂纹（CDC）引起界面脱粘[8–10 ]。
FRP与混凝土之间的粘结强度是控制FRP加固结构中各种形式脱粘破坏的关键因素。因此，除了有关钢板粘结混凝土的前期工作外，还对这一课题进行了广泛的研究。
*对应作者。电话：C44-131-650-668；传真：C44-131-650 - 6789。
电子邮件地址：JCHN-HealthMel.E.A.U.C.（J.F. Chen）。
提供了有用的初步依据。现有的工作包括使用单剪切试验进行的实验研究，例如（11—15）、双剪切试验，例如〔16—23〕和改进的梁试验，例如[23—25 ]，使用断裂力学分析[15，26-33 ]和有限元分析[34，35]的理论研究，以及发展。经验模型[1,23，36，37 ]。文献综述可参见文献〔1〕。
现有的研究表明，FRP在剪切试验中对混凝土接缝的主要破坏模式是混凝土在剪切作用下开裂，通常发生在粘接混凝土界面几毫米以下（1）。因此，接头的粘结强度（即最大可转移荷载）显著地取决于混凝土强度。此外，FRP对混凝土构件的宽度比有显著的影响。这些粘结接头的性能的一个非常重要的方面是存在一个有效的粘结长度，超过这个长度，键长的延伸不能增加极限载荷。这是外部粘结钢筋和内部钢筋之间的根本区别，其中可以发现足够长的锚固长度，从而可以增强钢筋的整体抗拉强度。
13598368/$-见前面事项Q 2004爱思唯尔有限公司保留所有权利。DOI:101016/J.CypuleS.B.04.060.1
实现。现有的研究大多关注极限载荷和有效粘结长度的预测〔1〕。
本文采用近端支撑（NES）单剪试验方法，对混凝土FRP与混凝土的粘结抗剪强度进行了试验研究。这些试验的目的是：（a）检验NES单剪拉力试验作为候选标准粘结试验的可靠性和稳健性，以及（b）验证陈和滕最近开发的粘结强度模型的准确性[ 1 ]。
- 测试程序
2.1试验方法
最近的一项调查（33）表明，许多不同的实验装置已用于确定FRP到混凝土粘结强度，但尚未达成一致的标准测试程序。陈等人。〔33〕将现有试验装置分为以下五种类型：（a）双剪拉力试验；（b）双剪推试验；（c）单剪试验；（d）单剪试验；（e）梁（或弯曲）试验。为了更好地澄清，前四种测试方法在这里被改名为：（a）远端支撑（FES）双剪切试验；（b）近端支撑（NES）双剪切试验；（c）远端支撑（FES）单剪试验；和（d）近端支撑（NES）单剪试验（图1）。总的来说，所有这四个试验也可以称为拉力试验，因为板总是由拉力直接拉动。
FES双剪拉力试验和NES单剪拉力试验是迄今为止最受欢迎的试验方法。
他们的纯朴[ 33 ]。数值〔33〕与实验
〔38〕研究表明，不同的测试设置可以导致测试结果的显著差异。在每个测试方法中，测试设置中的小变化，例如在NES单剪或双剪试验中支撑块的高度，也可能基于最近的应力分析（33）具有显著的效果。
FRP到混凝土粘结强度模型是准确预测FRP加固钢筋混凝土梁脱粘破坏的关键，包括剪切裂纹引起的剥离破坏[8，39 ]以及中间弯曲或弯曲剪切裂纹引起的剥离破坏〔7〕。
在FRP剪切加固钢筋混凝土梁的剥离破坏中，从拉力试验得到的粘结强度模型直接适用于〔39〕。这样的模型对于理解弯曲增强板端部附近的临界斜裂缝引起的脱粘机理也很重要[8，10]，其中纵向板增加了混凝土抗剪承载力和粘结力。从拉力试验发展的强度也是直接适用的。
此外，在中间裂纹引起的剥离破坏中，梁的临界区域中的应力状态也与单棱拉试验中的混凝土棱柱紧密相似。因此，NES单剪拉力试验似乎是一个有前途的候选人作为一个标准的设置，以确定FRP到混凝土粘结强度，因此在本研究中采用。本实验研究的目的之一是考察该测试设置中的一些小变化对所产生的粘结强度的影响，以帮助微调该测试方法作为标准粘结试验方法。以前的NES单剪拉伸试验的结果也形成了陈和滕（1）近期粘结强度的数据库的一部分。
图1。债券测试分类（陈等）。2001）。
图2。试件。
模型的基础上，本测试结果还提供了一个适当的独立检查的有效性的债券强度模型。
2.2.试件设计
NES单剪拉力试件由一个与FRP条结合的混凝土棱镜组成（图2）。在本试验方案中考虑的因素包括粘结长度Lfrp、FRP条带与混凝土棱镜BFRC/BC之间的宽度比、混凝土自由边缘HC的高度（支承棱镜HB的混凝土棱柱HK高度Zheight）（图2）和荷载位置的偏移。
前两个因素已经被确定对粘结强度有显著的影响，但是还没有足够的试验数据来严格地验证所提出的关系[1 ]。混凝土自由边缘HC（图2B）的高度已被证明对试样（33）中的应力分布有显著影响，但其对最终粘结强度的影响尚不清楚。在实际的拉力试验中，在负载的位置可能有一个小的非预期偏移D（图2B）。这种偏移可替代地表示为初始加载角Q。如果要在将来考虑试验装置的标准化，则需要理解该加载角的影响。此外，在弯曲加固混凝土结构中，当弯曲剪切裂缝的张开引起脱粘时，裂纹的两侧之间存在相对垂直位移，例如（40—42），因此FRP条（或板或薄板）被加载在一个小的正（P）上。ELEN）在一个侧面上的纵轴的倾斜角度和在裂纹的另一侧上相同但负角度的倾斜角度（图3）。这就是为什么小加载角的效果值得注意的另一个原因。
在七个系列中总共制备了72个样品，以考察上述因素对粘结强度的影响（表1）。系列I中考虑的变量（样品I-1—16）包括粘结长度LFRP和支撑高度Hb（或在加载侧HZHKHB上的自由混凝土边缘高度）。系列II（试样II-1～6）和III（试样III-1～8）分别用于研究荷载偏移和FRP对混凝土宽度比的影响。系列IV -Ⅶ（标本IV-1 - 14，V-1 - 12，VI-1 - 8和VII-1 - 8）的设计完成后的第一个三系列，以进一步探讨LFRP，BFRP/BC和HC的影响。关键参数与试验
所有标本的结果列于表1中。试样II-1和II- 4的加载偏移量为DZ4mm（相当于初始加载角为1.78），而试样Ii-3和Ii-6具有DZK4mm的载荷偏移量（相当于初始加载角度K1.78）。所有其他样品没有负载偏移。
使用两种不同尺寸的混凝土棱镜。在III和V系列中的一半使用100！150！350毫米混凝土棱镜，从而可以实现所需范围的BFRP/BC比值。所有其他标本使用150！150！350毫米混凝土棱镜。根据BS 1881〔43〕测试混凝土立方体和圆柱体，以确定在同一批混凝土制成的一系列试样测试时的材料特性。
GFRP用于标本III- 7和III- 8，而CFRP用于其他所有标本。CFRP和GFRP条的标称厚度分别为0.165和1.27 mm，前者为树脂浸渍前的纤维片材厚度，后者与固化FRP条带的厚度相似。根据制造商的指示，将FRP条粘结到混凝土棱柱上。FRP复合材料的力学性能如表2所示。在名义厚度的基础上，根据ASTM D3039／D3039—95A〔44〕确定FRP的拉伸强度。在本研究的所有其他计算中也使用了名义厚度。玻璃钢复合材料
图3。弯曲剪切裂纹两侧的相对垂直位移。
表1
试样和试验结果详图
试件混凝土筒体
强度宽度
混凝土棱镜BC玻璃钢宽度
BFRP（mm）FRP键长LFRP
（mm）高度
自由混凝土边缘HC试验破坏荷载PTEST
（KN）测试失效模式预测故障负荷
PPRD（KN）pTest/PPRD
（MPa）（mm）（mm）
I-1 23 150 25 25 75 5 4.75 DB C 5.72 0.83
I-2 23 150 25 25 85 5 5.69 DB C 5.96 0.96
i-3 23 150 25 25 95 5 5.76 DB C 6.02 0.96
i-4 23 150 25 25 95 5 5.76 DB C 6.02 0.96
i-5 23 150 25 25 95 5 6.17 DB C 6.02 1.02
i-6 23 150 25 25 115 5 5.96 DB C 6.02 0.99
i-7 23 150 25 25 145 5 5.95 DB C 6.02 0.99
i-8 23、150、25、190、5、6.68、DB、C 6.02 1.10
i-9 23 150 25 25 190 5 6.35 DB C 6.02 1.05
i-10 23 150 25 25 95 75 6.17 DB C 6.02 1.02
i-11 23 150 25 25 75 120 5.72 DB C 5.72 1
i-12 23 150 25 25 85 120 6 DB C 5.96 1.01
i-13 23 150 25 25 95 120 6.14 DB C 6.02 1.02
i-14 23 150 25 25 115 120 6.19 DB C 6.02 1.03
i-15 23 150 25 25 145 120 6.27 DB C 6.02 1.04
i-16 23 150 25 25 190 120 7.03 DB C 6.02 1.17
II-1 22.9、150、25、95、120、5.2、DB、C 6.02 0.86
II-2 22.9、150、25、95、120、6.75、DB、C 6.02 1.12
II-3 22.9 150 25 25 95 120 5.51 DB C 6.02 0.92
Ii-4 22.9 150 25 25 190 120 7.02 DB C 6.02 1.17
Ii-5 22.9 150 25 25 190 120 7.07 DB C 6.02 1.17
Ii-6 22.9 150 25 25 190 120 6.98 DB C 6.02 1.16
III-1 27.1、150、25、100、120、5.94、DB、C 6.27 0.95
III-2 27.1、150、50、100、120、11.66、DB、C 11.19 1.04
III-3 27.1、150、75、100、120、14.63、DB、C 15.02 0.97
III－4 27.1、150、100、100、120、19.07、DB、C 17.91 1.06
III- 5 27.1、100、85、100、120、15.08、CPF 13.42 1.12
III- 6 27.1、100、100、100、120、15.75、CPF 14.16 1.11
III- 7 27.1、100、25.3、100、120、4.78、DB、C 4.92 0.97
III- 8 27.1、100、50.6、100、120、8.02、DB、C 8.30 0.97
IV-1 18.9 150 25 25 95 5 5.86 DB C 5.72 1.02
IV-2 18.9 150 25 25 95 5 5.9 DB C 5.72 1.03
IV-3 19.8 150 25 25 95 5 5.43 DB C 5.80 0.94
IV-4 19.8 150 25 25 95 5 5.76 DB C 5.80 0.99
IV-5 18.9 150 25 25 95 15 5 DB C 5.72 0.87
IV-6 19.8 150 25 25 95 15 7.08 DB C 5.80 1.22
IV-7 18.9 150 25 25 95 30 5.5 DB C
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