芳纶纤维增强CFRP-钢复合结构的Ⅱ型断裂性能研究

发布时间：2020-06-05 17:59

【摘要】：碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic简称,CFRP)因其比强度高、比模量大、耐腐蚀等优异的力学、材料性能,现在已广泛应用到钢结构的加固。粘接层是CFRP-钢复合结构中强度最为薄弱的的区域,必须改善粘接层的强度以提高CFRP-钢复合结构的整体强度。粘接层的强度取决于粘接界面和树脂材料的强度,通过钢板表面刻槽和引入其他高性能的材料来增加粘接界面和粘接层的强度,基于kevlar纤维(芳纶纤维)对树脂粘接层桥联增韧的显著作用,开展芳纶短纤维增强CFRP-钢复合结构的II型断裂性能试验研究。为了提高粘接界面的剪切强度,采用端部切口弯曲试验(ENF),基于芳纶短纤维的桥联增韧机理,利用均匀分布的芳纶短纤维薄膜,制备三种粘接界面(光面、刻槽、刻槽+芳纶短纤维)ENF试样,通过ENF试验的载荷-位移曲线、试样侧剖图、试样裂纹断裂面表面形貌特征,研究分析芳纶短纤维桥联增韧机理。然后,对刻槽+芳纶短纤维ENF试样芳纶短纤维的长度和密度进行影响分析。研究了光面、刻槽、刻槽+芳纶短纤维三种CFRP-钢复合结构的层间剪切断裂性能,钢表面刻槽虽然可显著增加粘结层-钢界面的机械"咬合"作用,但制备试件时,刻槽区的粗糙表面与树脂(含固化剂)粘结效果不佳,刻槽试样相对于光面试样的极限载荷下降了16.0%,断裂能下降了30.2%。将芳纶短纤维有效掺入树脂粘结层,芳纶短纤维显著增强了树脂粘结层与CFRP和刻槽钢表面之间的界面剪切强度,并同时提高了粘结层的层间剪切强度,相对于光面试样极限载荷提高了15.7%,断裂能提高了6.8%,而试样的厚度平均仅增加0.1mm。研究了芳纶短纤维薄膜长度和密度对CFRP-钢复合结构层间剪切强度的影响研究,当密度为30g/m~2时,较长的纤维嵌入槽内数量减少,较短的纤维表面荷载传递的效果不佳,当长度为6mm时,高密度纤维薄膜的树脂浸润性差,显著增多了粘结层的微观缺陷,低密度纤维薄膜嵌入槽内数量显著减少。芳纶短纤维薄膜的长度和密度分别是6mm和30g/m~2时,CFRP-钢复合结构层间剪切强度最佳。
【图文】：

图 2.1 CFRP 加固钢结构的失效模式复合结构破坏形式分为六种，包括 CFRP-粘接层失效、钢-破坏、碳纤维布拉断、粘接层失效以及钢结构的屈服如图 前五种是 CFRP-钢复合结构固有的失效形式[33,34]。研究表明效因素有粘接长度、胶层的厚度和类型、CFRP 弹性模量、性、粘接金属表面形状、钢表面的处理方法、CFRP 类型等FRP 加固修复具有裂纹的钢结构实验研究和仿真分析，然后和弹性模量等因素进行了研究，研究结果表明，CFRP 的刚效果有一定的影响。彭福明[36,37]等人通过有限元分析和理论钢构件中影响负载传递效果的因素进行了研究分析，研究结FRP 的厚度、粘接层的剪切模量以及钢结构的弹性模量都会爱华[38]研究表明钢结构与碳纤维布之间存在粘接长度，，在粘

长安大学硕士学位论文粘接层，那么影响 CFRP-钢复合结构粘接界面的粘接强度将取决于粘接剂但假如发生在 CFRP-粘接层界面或者钢-粘接层界面，CFRP 和钢表面处理的性能将影响粘接强度，从而计算变得比较困难。Teng et al[41]研究表明，RP-粘接层界面和钢-粘接层界面的失效，CFRP-钢复合结构粘接层的失效是为适当的失效模式，而且能够通过使用合适的粘接剂和适当的材料表面处面的破坏发生在粘接层上。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张毅;;CFRP片材预应力加固钢筋混凝土梁的发展及现状[J];重庆建筑;2015年12期

2 霍君华;王连广;张海伏;刘生辰;;预应力CFRP布加固腐蚀钢梁试验研究[J];建筑结构学报;2015年11期

3 谭向虎;单际国;唐磊;陈武柱;;面向碳纤维增强树脂基复合材料/钢异质结构连接的汽车钢板高速激光毛化工艺研究[J];中国激光;2015年03期

4 程璐;冯鹏;徐善华;孟鑫淼;;CFRP加固钢结构抗疲劳技术研究综述[J];玻璃钢/复合材料;2013年04期

5 吴永河;李胜强;于成龙;;FRP加固钢结构的研究现状和展望[J];浙江建筑;2013年05期

6 桂志光;陶利;;碳纤维板加固钢结构的粘结性能研究[J];山西建筑;2010年20期

7 李青松;赵春生;;预应力CFRP加固钢结构技术初探[J];山西建筑;2007年03期

8 彭福明,岳清瑞,郝际平,杨勇新;FRP加固修复钢结构的荷载传递效果分析[J];工业建筑;2005年08期

9 章卫松,陈尚建,刘逸敏;纤维材料加固钢筋混凝土压力管道的试验研究[J];中国农村水利水电;2005年06期

10 彭福明,郝际平,岳清瑞,杨勇新;FRP加固钢结构轴心受压构件的弹性稳定分析[J];钢结构;2005年03期

相关会议论文 前1条

1 王海涛;吴刚;;CFRP板-钢界面粘结性能试验研究[A];第九届全国建设工程FRP应用学术交流会论文集[C];2015年

相关博士学位论文 前4条

1 王海涛;CFRP板加固钢结构疲劳性能及其设计方法研究[D];东南大学;2016年

2 曹靖;碳纤维增强复合材料加固钢结构理论分析和实验研究[D];合肥工业大学;2011年

3 孙爱芳;导热复合材料紧凑型板壳式换热器关键技术研究[D];郑州大学;2007年

4 彭福明;纤维增强复合材料加固修复金属结构界面性能研究[D];西安建筑科技大学;2005年

相关硕士学位论文 前10条

1 王红雷;CFRP加固损伤钢梁的受力性能研究[D];吉林建筑大学;2016年

2 于宙;CFRP-钢界面粘结疲劳性能试验研究[D];东南大学;2016年

3 姚明侠;温度与加载速度对FRP与钢板界面力学性能的影响[D];湖南大学;2016年

4 蔡俊;CFRP-钢组合板受压性能研究及在加固中的应用[D];东南大学;2015年

5 袁菁颖;碳纤维布加固H型钢梁的试验研究和数值模拟[D];上海交通大学;2011年

6 任怀胜;FRP复合材料加固钢梁的试验研究和理论分析[D];合肥工业大学;2009年

7 马登堂;CFRP加固修复受弯钢梁界面性能理论分析和试验研究[D];合肥工业大学;2009年

8 齐爱华;FRP与钢结构粘结性能试验研究[D];大连理工大学;2007年

9 葛宏伟;CFRP粘结钢板复合构件的剥离性能试验研究[D];合肥工业大学;2007年

10 刘昆;碳纤维片材加固钢结构的有限元分析[D];合肥工业大学;2007年

本文编号：2698405