CFRP在隧道加固中抵抗剥落的实验研究.doc

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1、CFRP在隧道加固中抵抗剥落的实验研究李发平，袁鸿（暨南大学应用力学研究所，广东广州510632）[摘要]采用纤维片材加固工程结构是一种新型加固技术。本文通过对21个曲面试件和7个平面试件开展抵抗剥落的试验研究。分析了CFRP-混凝土界面粘结破坏的模式和机理。试验表明，不同曲率半径试件及CFRP拉伸刚度对隧道加固抵抗剥落破坏的影响是显著的。本文的试验方法和试验结果可以应用到隧道加固的设计中。[关键词]碳纤维布；隧道加固；抵抗剥落；模型试验Experimentalinvestigationoncarbonfiberreinforcedpolym

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

3、edspecimensand7planespecimensareinvestigatedinthepaper.Theinterfacialfailuremodesandmechanismareobservedandanalyzedcarefully.ExperimentalresultsshowthatradiusofcurvatureandstiffnessofCFRPsheetshaveremarkableinfluenceonspallingresistancebehaviour.Thetestmethodsandtestresults

4、giveninthepaperareavailableforreferencetothedesignoftunnelstrengthening.[Keywords]CFRPSheets；Tunnelstrengthening；Spallingresistance；Modeltest131引言13随着高等公路建设的迅速发展，近年来隧道越建越多。然而，在隧道建设取得成就的同时，一些营运中的隧道由于使用年限不断增加，加之地质因素和行车环境的不利影响，以及防排水设施的老化，使得部分隧道出现不同程度的衬砌开裂，剥落，危及行车安全，有时被迫关闭交通，进行

5、病害整治,提高结构抵抗剥落的能力逐渐越来越受到重视。抵抗剥落的研究近年才受到重视，Kimpara等[1]最早开展抵抗剥落的理论和实验研究。WuandYuan等[2]通过对平面试件进行剥落试验，指出了FRP刚度和界面断裂能两个参数就可以表示出抵抗剥落的性质。通过变化13FRP宽度、混凝土强度、FRP粘贴长度以及FRP材料，WuandYuan等[3]采用平面试件研究了双向粘贴FRP的剥落抵抗性质。袁鸿和刘人怀[4]开展了FRP粘贴混凝土曲面试件抵抗剥落的理论研究。本文对21个曲面试件和7个平面试件开展抵抗剥落试验研究。单向粘贴CFRP抵抗剥落的曲

6、面试件可以模拟隧道、涵洞、拱等的混凝土剥落问题，试件的曲率半径参考我国实际采用的结构选取，考虑到单、复线铁路及不同行车道的公路隧道采用不同曲率半径，试验中采用了三类不同曲率半径的曲面试件；单向粘贴CFRP抵抗剥落的平面试件可以模拟梁桥、板桥、人行天桥的混凝土剥落问题。2试验研究2.1试验准备试验采用MTS831.10ElastomerTestSystem仪器进行位移控制加载。参照《公路隧道设计规范JTGD70-2004》[5]中高速公路、一级公路中各设计速度相应的建筑界限，取曲率半径分别为R=4m、5m、6m的曲面试件和平面试件模拟隧道内轮廓

7、几何尺寸。采用C40混凝土制作试件，fck=2.39MPa,ftk=26.8MPa，弹性模量Ec=3.25×104N/mm2，试件中预留30mm空槽用于加载。图1给出了曲率半径为5000mm的试件尺寸：图1试件尺寸对试验试件进行标号，其中A-1至A-7分别表示曲率半径为4000mm的七个曲面试件，B-1至B-7分别表示曲率半径为5000mm的七个曲面试件,C-1至C13-7分别表示曲率半径为6000mm的七个曲面试件,D-1至D-7分别表示七个平面试件。相应的CFRP材料性能参数见表1，试验试件参数见表2。表1CFRP材料性能参数横截面积（m

8、m2）厚度t（mm）宽度b（mm）弹性模量E（Gpa）抗拉强度（MPa）伸长率1.6650.1118022542401.90%表2试验试件参数系列曲率半径R（mm）