【摘 要】
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碳纤维增强水泥基复合材料（C-FRCM）是一种安全、耐久、便利的新型复合材料,可作为纤维增强聚合物复合材料（FRP）的可替代材料用于砌体或者混凝土结构加固。然而,碳纤维/砂浆界面和C-FRCM/混凝土界面常常发生过早破坏降低C-FRCM的加固效率。为了充分发挥C-FRCM中纤维网的拉伸强度,提高C-FRCM的加固效率,针对纤维/砂浆界面和C-FRCM/混凝土界面的过早破坏,本文提出了一套锚固保障方
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划（2019B111107002）； 国家重点研发计划（2018YFE0124900）； 国家自然科学基金（51538007/51778370/51861165204/51878604）； 广东省自然科学基金（2017B030311004）；
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碳纤维增强水泥基复合材料（C-FRCM）是一种安全、耐久、便利的新型复合材料,可作为纤维增强聚合物复合材料（FRP）的可替代材料用于砌体或者混凝土结构加固。然而,碳纤维/砂浆界面和C-FRCM/混凝土界面常常发生过早破坏降低C-FRCM的加固效率。为了充分发挥C-FRCM中纤维网的拉伸强度,提高C-FRCM的加固效率,针对纤维/砂浆界面和C-FRCM/混凝土界面的过早破坏,本文提出了一套锚固保障方法。利用纤维自身的几何可变特征,将C-FRCM端部纤维进行弯折形成自锚固（类似于钢筋弯钩锚固）,以此限制纤维的脱粘滑移并提高纤维复丝的协同受力性能,改善纤维/砂浆界面性能;同时采用U型箍锚固防止C-FRCM和钢筋混凝土梁的分层剥离破坏,保障C-FRCM和钢筋混凝土梁共同工作的可靠性。本文通过单剪试验和梁的四点弯曲试验对纤维端部弯折和U型箍锚固应用于C-FRCM加固从界面到构件层面展开了一系列的试验研究,主要包括以下几部分内容:（1）通过C-FRCM/混凝土的单剪试验,研究了纤维层数、粘贴长度、弯折锚固、U型箍锚固、浇筑工艺等参数,测量了加载端纤维的滑移以及承载力,并结合试件的破坏模式和加载端应力-滑移曲线特征,讨论了不同设计参数对C-FRCM/混凝土界面粘结性能的影响。研究表明,在无锚固试件中C-FRCM/混凝土的界面极限应力随粘贴长度呈非线性增长,且增长趋势逐渐减缓,而破坏模式则随着层数的增多,从纤维滑移模式转化为纤维/砂浆界面的分层剥离破坏;弯折锚固能有效提高界面极限应力并增大界面耗能能力;而U型箍锚固对纤维/砂浆界面剥离模式的锚固效果相比纤维滑移模式更加明显,尤其是多重U型箍锚固形式,可以避免加载端沿水平方向剥离裂缝的产生和发展。并基于三线性粘结-滑移模型的相关理论,得到了弯折锚固和U型箍锚固后的等效本构模型,并采用数值模拟得到了荷载-滑移的预测曲线,与试验结果较为吻合。（2）通过C-FRCM加固钢筋混凝土梁的四点弯曲试验,研究了纤维层数、弯折锚固、U型箍锚固、砂浆强度、浇筑工艺等参数,实验测量了梁的挠度、钢筋应变、U型箍应变、以及C-FRCM平均应变等等,基于实验现象和测量结果,分析了各梁的破坏模式、裂缝间距、钢筋和FRCM应变、承载力以及延性等方面性能。研究表明,弯折锚固虽然在单剪试验中能明显增大界面粘结力和延性,但是在梁中影响较小;而采用U型箍锚固可以有效地包裹和约束C-FRCM,限制纤维的滑移并防止保护层剥离破坏,从而提高梁的承载力和延性。（3）基于钢筋混凝土结构计算原理和ACI549的基本规定,同时考虑了U型箍锚固的界面影响效应,采用了三种不同的C-FRCM本构关系用于加固梁的理论计算,研究表明,对于具有开裂荷载较大且第二线性段刚度较小这种特征的C-FRCM材料,采用ACI549建议的FRCM本构模型,计算结果偏于保守,而考虑FRCM本构模型的纵截距后计算结果与试验值更加吻合。然而,对于U型锚固梁,直接采用单轴拉伸本构模型计算结果明显偏于保守,本文基于单剪试验中U型箍的锚固效应,将U型箍锚固的系数乘以单轴拉伸本构的应力值得到新的本构用于计算,可以减小计算误差。
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