【摘要】：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic簡稱,CFRP)因其比強(qiáng)度高、比模量大、耐腐蝕等優(yōu)異的力學(xué)、材料性能,現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)的加固。粘接層是CFRP-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)中強(qiáng)度最為薄弱的的區(qū)域,必須改善粘接層的強(qiáng)度以提高CFRP-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。粘接層的強(qiáng)度取決于粘接界面和樹脂材料的強(qiáng)度,通過鋼板表面刻槽和引入其他高性能的材料來增加粘接界面和粘接層的強(qiáng)度,基于kevlar纖維(芳綸纖維)對樹脂粘接層橋聯(lián)增韌的顯著作用,開展芳綸短纖維增強(qiáng)CFRP-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的II型斷裂性能試驗(yàn)研究。為了提高粘接界面的剪切強(qiáng)度,采用端部切口彎曲試驗(yàn)(ENF),基于芳綸短纖維的橋聯(lián)增韌機(jī)理,利用均勻分布的芳綸短纖維薄膜,制備三種粘接界面(光面、刻槽、刻槽+芳綸短纖維)ENF試樣,通過ENF試驗(yàn)的載荷-位移曲線、試樣側(cè)剖圖、試樣裂紋斷裂面表面形貌特征,研究分析芳綸短纖維橋聯(lián)增韌機(jī)理。然后,對刻槽+芳綸短纖維ENF試樣芳綸短纖維的長度和密度進(jìn)行影響分析。研究了光面、刻槽、刻槽+芳綸短纖維三種CFRP-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的層間剪切斷裂性能,鋼表面刻槽雖然可顯著增加粘結(jié)層-鋼界面的機(jī)械"咬合"作用,但制備試件時(shí),刻槽區(qū)的粗糙表面與樹脂(含固化劑)粘結(jié)效果不佳,刻槽試樣相對于光面試樣的極限載荷下降了16.0%,斷裂能下降了30.2%。將芳綸短纖維有效摻入樹脂粘結(jié)層,芳綸短纖維顯著增強(qiáng)了樹脂粘結(jié)層與CFRP和刻槽鋼表面之間的界面剪切強(qiáng)度,并同時(shí)提高了粘結(jié)層的層間剪切強(qiáng)度,相對于光面試樣極限載荷提高了15.7%,斷裂能提高了6.8%,而試樣的厚度平均僅增加0.1mm。研究了芳綸短纖維薄膜長度和密度對CFRP-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)層間剪切強(qiáng)度的影響研究,當(dāng)密度為30g/m~2時(shí),較長的纖維嵌入槽內(nèi)數(shù)量減少,較短的纖維表面荷載傳遞的效果不佳,當(dāng)長度為6mm時(shí),高密度纖維薄膜的樹脂浸潤性差,顯著增多了粘結(jié)層的微觀缺陷,低密度纖維薄膜嵌入槽內(nèi)數(shù)量顯著減少。芳綸短纖維薄膜的長度和密度分別是6mm和30g/m~2時(shí),CFRP-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)層間剪切強(qiáng)度最佳。
【圖文】：

圖 2.1 CFRP 加固鋼結(jié)構(gòu)的失效模式復(fù)合結(jié)構(gòu)破壞形式分為六種，包括 CFRP-粘接層失效、鋼-破壞、碳纖維布拉斷、粘接層失效以及鋼結(jié)構(gòu)的屈服如圖 前五種是 CFRP-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)固有的失效形式[33,34]。研究表明效因素有粘接長度、膠層的厚度和類型、CFRP 彈性模量、性、粘接金屬表面形狀、鋼表面的處理方法、CFRP 類型等FRP 加固修復(fù)具有裂紋的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究和仿真分析，然后和彈性模量等因素進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，CFRP 的剛效果有一定的影響。彭福明[36,37]等人通過有限元分析和理論鋼構(gòu)件中影響負(fù)載傳遞效果的因素進(jìn)行了研究分析，研究結(jié)FRP 的厚度、粘接層的剪切模量以及鋼結(jié)構(gòu)的彈性模量都會(huì)愛華[38]研究表明鋼結(jié)構(gòu)與碳纖維布之間存在粘接長度，，在粘

長安大學(xué)碩士學(xué)位論文粘接層，那么影響 CFRP-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)粘接界面的粘接強(qiáng)度將取決于粘接劑但假如發(fā)生在 CFRP-粘接層界面或者鋼-粘接層界面，CFRP 和鋼表面處理的性能將影響粘接強(qiáng)度，從而計(jì)算變得比較困難。Teng et al[41]研究表明，RP-粘接層界面和鋼-粘接層界面的失效，CFRP-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)粘接層的失效是為適當(dāng)?shù)氖Ｊ�，而且能夠通過使用合適的粘接劑和適當(dāng)?shù)牟牧媳砻嫣幟娴钠茐陌l(fā)生在粘接層上。
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2698405