温湿度与荷载耦合作用下BFRP加固木梁蠕变性能研究

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木材料具有环保轻质的特点,但相对于混凝土材料,力学性能较差,易受环境影响发生退化。由于木材自身缺陷及易退化的特性,需要长期维护和加固。近些年在结构加固领域纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)的应用日益广泛。玄武岩纤维增强聚合物(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)的力学性能优越,经济性高,近些年得到关注。目前关于BFRP加固木结构的蠕变性能的研究尚不充分,限制了BFRP加固技术的推广。本文基于蠕变理论,研究了持续荷载与温湿度耦合作用下的有机胶外贴BFRP加固木梁的蠕变性能,深入探讨了单一及多因素耦合作用对加固木梁蠕变性能的影响;并基于湿热环境下有机胶的性能退化采用了无机胶外贴BFRP加固木梁,同时采用仿真模拟对多层BFRP外贴加固木梁的蠕变行为进行了预测。本文工作为完善加固技术规范的提供了真实的数据参考,为推广现有的BFRP加固技术提供了建议。主要研究内容如下:研究了温湿度及持续荷载的耦合作用对BFRP加固木梁蠕变性能的影响。利用自制的持载装置和环境试验箱,实现了高温(50 o C)、室温(23 o C)及低温(-10 o C)下,分别在高湿度和干燥条件开展的蠕变试验。蠕变试验时间为180天,并测试了试件的残余力学性能。研究结果表明,180天试验期内,温湿度同时作用下,加固试件的蠕变变形随荷载水平的升高而增大,且残余力学性能随之降低。50 o C下部分试件在蠕变试验时已出现裂缝,导致BFRP布脱粘。开展了无机胶粘贴BFRP加固木梁的试验研究,为解决有机胶的易老化的问题。蠕变试验中湿热环境导致有机胶性能退化且BFRP布脱粘,选取了氯氧镁和碱矿渣无机胶用于外贴BFRP加固木梁。结果表明,无机胶耐湿热和紫外线老化能力优于有机胶,氯氧镁材料外贴BFRP加固木梁耐紫外线老化性能优于有机胶外贴BFRP加固木梁。建立了BFRP加固木梁蠕变行为的仿真模型。为准确预测不同工况下BFRP加固木梁的蠕变变形,基于Norton-Bailey理论和应变数据得到加固木梁的蠕变参数,利用COMSOL软件建模计算,结果转化为蠕变系数,与试验数据具有良好的一致性,验证了模型的有效性。基于此模型并结合BFRP层的蠕变参数,预测了多层BFRP布加固木梁的蠕变行为,为实际加固设计提供参考。
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