FRP-混凝土界面行為研究（1）
第一章緒論
1.1FRP加固混凝土結構技術及研究概況
纖維增強塑料（FiberReinforcedPolymer，簡稱為FRP）最早用于軍工和航空航天領域。FRP種類主要包括碳纖維增強塑料（CarbonFiberReinforcedPolymer，簡稱為CFRP）、玻璃纖維增強塑料（GlassFiberReinforcedPolymer，簡稱為GFRP）和芳綸纖維增強塑料（AramidFiberReinforcedPolymer，簡稱為AFRP）。近年來，FRP材料因其較好的結構性能和耐久性能而逐漸轉向民用領域，尤其是在土木工程中的應用得到迅速發展。1981年，瑞典的Meier首次采用粘貼CFRP片材加固了Ebach橋[1]。日本在1995年阪神地震后，采用FRP布對高速公路橋墩柱震害快速加固，使交通運輸很快得到恢復，贏得了時間，同時也奠定了FRP材料在土木工程領域應用的基礎，受到工程界的廣泛重視。此后，使用FRP片材代替鋼板進行結構加固的方法在日本、美國和歐洲等發達國家得到突飛猛進的發展，有關高等學校和科研機構投入了許多研究力量。迄今，國外在采用FRP對混凝土構件的受彎、受剪和抗震加固等方面進行了較多的試驗研究，并已有大量的工程應用。簡要概括FRP加固混凝土結構的優勢為：
(1)FRP材料輕且薄，基本不增加原結構自重及原構件尺寸；
(2)高強高效，能夠有效提高混凝土結構的承載力和延性，改善其受力性能；
(3)施工便捷，沒有濕作業，不需大型施工機具，無需現場固定設施，施工占用場地少；
(4)具有較強的耐腐蝕性能；
1991年美國混凝土協會成立了ACI440委員會，負責開展FRP加固混凝土與砌體結構的研究。1993年ACI在加拿大主辦了第一屆國際FRP專題會議，此后每兩年舉辦一次，分別在比利時、日本、美國、英國和新加坡召開了6屆FRP加固混凝土國際會議。美國(ACI)[2]、加拿大(ISISCanada)[3]、歐洲(fib)[4]、日本(JSCE)[5]、英國(ConcreteSociety)[6]等國已制訂了加固FRP混凝土結構規程或指南。
我國從1997年開始從國外引入FRP加固混凝土結構技術，并進行相關研究。由于其巨大的技術優勢，在短短的時間內很快形成研究和工程應用的熱點。清華大學、東南大學、同濟大學、天津大學、國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心、中國建筑科學研究院等近十個科研院所開展了相應的研究，并獲得國家自然科學基金重點項目和國家“863”計劃資助。中國土木工程學會－混凝土及預應力混凝土分會于2000年6月成立了“纖維增強塑料及其工程應用專業委員會”，并在北京召開我國首屆FRP混凝土結構學術交流會。中國工程建設標準化協會20**年出版了《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》，對推廣FRP在我國的應用起到很大的推動作用。目前正在編制全國性的FRP技術規范，將涵蓋更多的應用范圍。
由于FRP材料強度很高，因此FRP加固混凝土結構往往不是由于FRP材料拉斷破壞，而是由于FRP-混凝土界面強度不足導致剝離破壞。尤其用FRP對混凝土梁進行抗彎或抗剪加固時，發現大量試件出現界面破壞。因此，FRP-混凝土界面問題成為FRP應用研究的一個重點和難點。
由于FRP在土木工程中的應用先于理論，故迄今為止，對FRP加固混凝土構件進行了大量的試驗研究，而理論研究則相對滯后[7,8]。例如，FRP抗彎加固的試驗研究和應用早在上世紀90年代初就已經開始，但直到90年代末期才形成設計公式，且這些公式的離散性很大[8]；FRP-混凝土界面粘結-滑移本構關系，也直到1999年才有人提出很粗糙的計算模型[9]，且這些模型的計算結果同樣和試驗結果差距甚大。我國目前相關規范規程上對FRP-混凝土界面行為的相關計算還基本處于空白狀態[10]。所以，目前很有必要對FRP-混凝土的界面行為，從力學機理、數值模型和設計公式方面進行深入的研究。
由于FRP-混凝土剝離破壞屬于界面破壞問題，牽涉到復雜的材料非線性、幾何非線性、斷裂及裂縫擴展等復雜力學行為，因此研究的難度很大。從試驗方面，很難通過試驗手段觀測界面下混凝土內部微裂縫的發生以及擴展過程，進而也就很難了解其剝離破壞的機理；從理論方面，界面非線性行為使得基本上無法得到理想的解析解。因此，需要在試驗研究的基礎上，采取適當的數值方法，模擬其破壞過程，進而解釋其內在機理。
從上世紀Ngo&Scordelis[11]首次用有限元方法分析鋼筋混凝土問題以來，混凝土數值計算方法得到了飛快的發展[12-15]。數值方法，特別是有限元技術，已經成為分析混凝土問題的重要工具。通過數值模擬，可以大大減少試驗工作量。更重要的是，數值模型可以排除各種偶然因素干擾，更清晰地揭示問題內在機理，特別是在分析混凝土的內部斷裂[16-18]、界面破壞[19-22]等問題上有著獨特的優勢。因為這些破壞過程都和混凝土內部微裂縫開展密切相關，而試驗方法觀測這些微裂縫又非常困難。數值方法則可以清楚地得到內部微裂縫的發展過程，了解破壞的內在機理。在根據試驗結果正確標定數值模型相關參數的基礎上，還可以基于數值模型得到相應的承載力設計公式。
1.2本課題研究目的、內容和路線
如前所述，目前對FRP加固混凝土已經進行了大量的試驗研究，而數值模型和力學機理研究得還很不夠。因此本研究在充分收集現有試驗資料的基礎上（共收集了254個面內剪切試驗記錄，80個受彎加固剝離試驗記錄和69個受剪加固剝離試驗記錄）
，重點研究界面的數值模型、力學機理和計算方法。主要內容包括：(1)通過大量計算討論，提出能夠正確模擬FRP-混凝土各種界面破壞行為的數值模型；
(2)基于數值模型計算結果，尤其是數值模型中提供的界面裂縫開展、界面粘結應力分布等重要信息，對各種界面破壞的力學行為加以討論，充分認識剝離破壞的內在機理；
(3)在充分認識其內在機理的情況下提出相應的承載力計算公式，使之可以準確預測各種界面剝離承載力，且形式簡單、計算方便，為安全、經濟地使用FRP加固技術奠定基礎。
本課題的研究路線為：
(1)充分收集現有的試驗和理論研究成果，并討論其合理性及存在的問題；
(2)以面內剪切試驗為基礎，提出可靠的數值模型，討論面內剪切剝離的破壞機理，并得到FRP-混凝土界面的粘結-滑移本構關系；
(3)利用面內剪切研究得到的數值模型和界面本構關系，對受彎剝離和受剪剝離問題加以研究；同時，根據受彎剝離和受剪剝離問題各自的特點，建立簡化的數值模型，討論其破壞機理；
(4)提出相應的受彎、受剪加固剝離承載力設計公式，用大量試驗資料加以驗證，并通過與各現有文獻計算模型進行對比，說明本課題提出的設計公式的合理性和精確性。
篇2：施工作業指導-混凝土抹灰面刷乳膠漆
施工作業指導-混凝土及抹灰面刷乳膠漆
一、材料要求
1.涂料：設計規定的乳膠漆，應有產品合格證及使用說明。
2.調膩子用料：滑石粉或大白粉、石膏粉、羧甲基纖維素、聚醋酸乙烯乳液。
3.顏料：各色有機或無機顏料。
二、主要機具
一般應備有高凳、腳手板、小鐵鍬、擦布、開刀、膠皮刮板、鋼片刮板、膩子托板、掃帚、小桶、大桶、排筆、刷子等。
三、作業條件
1.墻面應基本干燥，基層含水率不大于10%。
2.抹灰作業全部完成，過墻管道、洞口、陰陽角等處應提前抹灰找平修整，并充分干燥。
3.門窗玻璃安裝完畢，濕作業的地面施工完畢，管道設備試壓完畢。
4.冬期要求在采暖條件下進行，環境溫度不低于5℃。
四、操作工藝
1.工藝流程：
清理墻面→修補墻面→刮膩子→刷第一遍乳膠漆→刷第二遍乳膠漆→刷第三遍乳膠漆
2.清理墻面：將墻面起皮及松動處清除干凈，并用水泥砂漿補抹，將殘留灰渣鏟干凈，然后將墻面掃凈。
3.修補墻面：用水石膏將墻面磕碰處及坑洼縫隙等處找平，干燥后用砂紙凸出處磨掉，將浮塵掃凈。
4.刮膩子：刮膩子遍數可由墻面平整程度決定，一般情況為三遍，膩子重量配比為乳膠：滑石粉（或大白粉）:2%羧甲基纖維素=1:5:3.5。廚房、廁所、浴室用聚醋酸乙烯乳液:水泥:水=1:5:1耐水性膩子。第一遍用膠皮刮板橫向滿刮，一刮板緊接著一刮板，接頭不得留槎，每刮一刮板最后收頭要干凈利落。干燥后磨砂紙，將浮膩子及斑跡磨光，再將墻面清掃干凈。第二遍用膠皮刮板豎向滿刮，所用材料及方法同第一遍膩子，干燥后砂紙磨平并清掃干凈。第三遍用膠皮刮板找補膩子或用鋼片刮板滿刮膩子，將墻面刮平刮光，干燥后用細砂紙磨平磨光，不得遺漏或將膩子磨穿。
5.刷第一遍乳膠漆：涂刷順序是先刷頂板后刷墻面，墻面是先上后下。先將墻面清掃干凈，用布將墻面粉塵擦掉。乳膠漆用排筆涂刷，使用新排筆時，將排筆上的浮毛和不牢固的毛理掉。乳膠漆使用前應攪拌均勻，適當加水稀釋，防止頭遍漆刷不開。干燥后復補膩子，再干燥后用砂紙磨光，清掃干凈。
6.刷第二遍乳膠漆：操作要求同第一遍，使用前充分攪拌，如不很稠，不宜加水，以防透底。漆膜干燥后，用細砂紙將墻面小疙瘩和排筆毛打磨掉，磨光滑后清掃干凈。
7.刷第三遍乳膠漆：做法同第二遍乳膠漆。由于乳膠漆膜干燥較快，應連續迅速操作，涂刷時從一頭開始，逐漸刷向另一頭，要上下順刷互相銜接，后一排筆緊接前一排筆，避免出現干燥后接頭。
五、質量標準
1.保證項目：材料品種、顏色應符合設計和選定樣品要求，嚴禁脫皮、漏刷、透底。
2.基本項目：屬中級油漆基本項目標準。
1)透底、流墜、皺皮：大面無，小面明顯處無。
2)光亮和光滑：光亮和光滑均勻一致。
3)裝飾線：分色線平直，偏差不大于1mm(拉5m線檢查，不足5m拉通線檢查)。
4)顏色刷紋：顏色一致，無明顯刷紋。
六、成品保護
1.涂料墻面未干前室內不得清刷地面，以免粉塵沾污墻面，漆面干燥后不得挨近墻面潑水，以免泥水沾污。
2.涂料墻面完工后要妥善保護，不得磕碰損壞。
3.涂刷墻面時，不得污染地面、門窗、玻璃等已完工程。
七、應注意的質量問題
1.透底：產生原因是漆膜薄，因此刷涂料時除應注意不漏刷外，還應保持涂料乳膠漆的稠度，不可加水過多。
2.接槎明顯：涂刷時要上下刷順，后一排筆緊接前一排筆，若間隔時間稍長，就容易看出明顯接頭，因此大面積涂刷時，應配足人員，互相銜接。
3.刷紋明顯：涂料（乳膠漆）稠度要適中，排筆蘸涂料量要適當，多理多順，防止刷紋過大。
4.分色線不齊：施工前應認真劃好粉線，刷分色線時要靠放直尺，用力均勻，起落要輕，排筆蘸量要適當，從左向右刷。
涂刷帶顏色的涂料時，配料要合適，保證獨立面每遍用同一批涂料，并宜用一次用完，保證顏色一致。
篇3：FRP-混凝土界面行為研究(1)
FRP-混凝土界面行為研究（1）
第一章緒論
1.1FRP加固混凝土結構技術及研究概況
纖維增強塑料（FiberReinforcedPolymer，簡稱為FRP）最早用于軍工和航空航天領域。FRP種類主要包括碳纖維增強塑料（CarbonFiberReinforcedPolymer，簡稱為CFRP）、玻璃纖維增強塑料（GlassFiberReinforcedPolymer，簡稱為GFRP）和芳綸纖維增強塑料（AramidFiberReinforcedPolymer，簡稱為AFRP）。近年來，FRP材料因其較好的結構性能和耐久性能而逐漸轉向民用領域，尤其是在土木工程中的應用得到迅速發展。1981年，瑞典的Meier首次采用粘貼CFRP片材加固了Ebach橋[1]。日本在1995年阪神地震后，采用FRP布對高速公路橋墩柱震害快速加固，使交通運輸很快得到恢復，贏得了時間，同時也奠定了FRP材料在土木工程領域應用的基礎，受到工程界的廣泛重視。此后，使用FRP片材代替鋼板進行結構加固的方法在日本、美國和歐洲等發達國家得到突飛猛進的發展，有關高等學校和科研機構投入了許多研究力量。迄今，國外在采用FRP對混凝土構件的受彎、受剪和抗震加固等方面進行了較多的試驗研究，并已有大量的工程應用。簡要概括FRP加固混凝土結構的優勢為：
(1)FRP材料輕且薄，基本不增加原結構自重及原構件尺寸；
(2)高強高效，能夠有效提高混凝土結構的承載力和延性，改善其受力性能；
(3)施工便捷，沒有濕作業，不需大型施工機具，無需現場固定設施，施工占用場地少；
(4)具有較強的耐腐蝕性能；
1991年美國混凝土協會成立了ACI440委員會，負責開展FRP加固混凝土與砌體結構的研究。1993年ACI在加拿大主辦了第一屆國際FRP專題會議，此后每兩年舉辦一次，分別在比利時、日本、美國、英國和新加坡召開了6屆FRP加固混凝土國際會議。美國(ACI)[2]、加拿大(ISISCanada)[3]、歐洲(fib)[4]、日本(JSCE)[5]、英國(ConcreteSociety)[6]等國已制訂了加固FRP混凝土結構規程或指南。
我國從1997年開始從國外引入FRP加固混凝土結構技術，并進行相關研究。由于其巨大的技術優勢，在短短的時間內很快形成研究和工程應用的熱點。清華大學、東南大學、同濟大學、天津大學、國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心、中國建筑科學研究院等近十個科研院所開展了相應的研究，并獲得國家自然科學基金重點項目和國家“863”計劃資助。中國土木工程學會－混凝土及預應力混凝土分會于2000年6月成立了“纖維增強塑料及其工程應用專業委員會”，并在北京召開我國首屆FRP混凝土結構學術交流會。中國工程建設標準化協會20**年出版了《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》，對推廣FRP在我國的應用起到很大的推動作用。目前正在編制全國性的FRP技術規范，將涵蓋更多的應用范圍。
由于FRP材料強度很高，因此FRP加固混凝土結構往往不是由于FRP材料拉斷破壞，而是由于FRP-混凝土界面強度不足導致剝離破壞。尤其用FRP對混凝土梁進行抗彎或抗剪加固時，發現大量試件出現界面破壞。因此，FRP-混凝土界面問題成為FRP應用研究的一個重點和難點。
由于FRP在土木工程中的應用先于理論，故迄今為止，對FRP加固混凝土構件進行了大量的試驗研究，而理論研究則相對滯后[7,8]。例如，FRP抗彎加固的試驗研究和應用早在上世紀90年代初就已經開始，但直到90年代末期才形成設計公式，且這些公式的離散性很大[8]；FRP-混凝土界面粘結-滑移本構關系，也直到1999年才有人提出很粗糙的計算模型[9]，且這些模型的計算結果同樣和試驗結果差距甚大。我國目前相關規范規程上對FRP-混凝土界面行為的相關計算還基本處于空白狀態[10]。所以，目前很有必要對FRP-混凝土的界面行為，從力學機理、數值模型和設計公式方面進行深入的研究。
由于FRP-混凝土剝離破壞屬于界面破壞問題，牽涉到復雜的材料非線性、幾何非線性、斷裂及裂縫擴展等復雜力學行為，因此研究的難度很大。從試驗方面，很難通過試驗手段觀測界面下混凝土內部微裂縫的發生以及擴展過程，進而也就很難了解其剝離破壞的機理；從理論方面，界面非線性行為使得基本上無法得到理想的解析解。因此，需要在試驗研究的基礎上，采取適當的數值方法，模擬其破壞過程，進而解釋其內在機理。
從上世紀Ngo&Scordelis[11]首次用有限元方法分析鋼筋混凝土問題以來，混凝土數值計算方法得到了飛快的發展[12-15]。數值方法，特別是有限元技術，已經成為分析混凝土問題的重要工具。通過數值模擬，可以大大減少試驗工作量。更重要的是，數值模型可以排除各種偶然因素干擾，更清晰地揭示問題內在機理，特別是在分析混凝土的內部斷裂[16-18]、界面破壞[19-22]等問題上有著獨特的優勢。因為這些破壞過程都和混凝土內部微裂縫開展密切相關，而試驗方法觀測這些微裂縫又非常困難。數值方法則可以清楚地得到內部微裂縫的發展過程，了解破壞的內在機理。在根據試驗結果正確標定數值模型相關參數的基礎上，還可以基于數值模型得到相應的承載力設計公式。
1.2本課題研究目的、內容和路線
如前所述，目前對FRP加固混凝土已經進行了大量的試驗研究，而數值模型和力學機理研究得還很不夠。因此本研究在充分收集現有試驗資料的基礎上（共收集了254個面內剪切試驗記錄，80個受彎加固剝離試驗記錄和69個受剪加固剝離試驗記錄）
，重點研究界面的數值模型、力學機理和計算方法。主要內容包括：(1)通過大量計算討論，提出能夠正確模擬FRP-混凝土各種界面破壞行為的數值模型；
(2)基于數值模型計算結果，尤其是數值模型中提供的界面裂縫開展、界面粘結應力分布等重要信息，對各種界面破壞的力學行為加以討論，充分認識剝離破壞的內在機理；
(3)在充分認識其內在機理的情況下提出相應的承載力計算公式，使之可以準確預測各種界面剝離承載力，且形式簡單、計算方便，為安全、經濟地使用FRP加固技術奠定基礎。
本課題的研究路線為：
(1)充分收集現有的試驗和理論研究成果，并討論其合理性及存在的問題；
(2)以面內剪切試驗為基礎，提出可靠的數值模型，討論面內剪切剝離的破壞機理，并得到FRP-混凝土界面的粘結-滑移本構關系；
(3)利用面內剪切研究得到的數值模型和界面本構關系，對受彎剝離和受剪剝離問題加以研究；同時，根據受彎剝離和受剪剝離問題各自的特點，建立簡化的數值模型，討論其破壞機理；
(4)提出相應的受彎、受剪加固剝離承載力設計公式，用大量試驗資料加以驗證，并通過與各現有文獻計算模型進行對比，說明本課題提出的設計公式的合理性和精確性。