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研究生:林逸英
研究生(外文):Yi-Ying Lin
論文名稱:以剝離試驗測量混凝土與複材貼片間界面黏結強度
論文名稱(外文):Peel Test for the Measurement of Bonding Strength between FRP and Concrete
指導教授:李秉乾李秉乾引用關係
指導教授(外文):Bing-Jean Lee
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:土木及水利工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
中文關鍵詞:剝離試驗黏結強度纖維複合材料混凝土
外文關鍵詞:peel testbonding strengthFRPconcrete
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剝離試驗(Peel Test)一般用來測定兩物體間黏結界面之黏結強度,本研究利用剝離試驗來測量混凝土與纖維複合材料(FRP)之間的界面黏結強度,希望藉此瞭解RC結構物以FRP補強時,FRP是否良好地貼附於混凝土表面上,如此便能確保FRP有效地發揮其補強作用。
本研究分別以混凝土抗壓強度、混凝土表面平整度、纖維種類、膠料種類、試體養護條件為改變因子,設計30組不同試體進行剝離試驗,進而比較各組差異。另外,試著利用界面破壞能的原理將剝離試驗應用於RC補強樑三點抗彎試驗,希望能夠預測三點抗彎的RC補強樑在FRP發生剝離時之載重值。
試驗結果顯示,碳纖維(CFRP)補強所測得之剝離力較玻纖補強穩定,亦較不易受環境因素影響。膠料系統材料性質對複材與混凝土間的界面黏結強度有很大的影響,須針對待補強物之特性選擇合適之黏著劑,避免界面鍵結力不足。以溼度100﹪養護過後之試體,其界面黏結強度及界面破壞能有非常大幅度之衰減。有限元素分析結果顯示,以FRP補強下表之RC樑,其界面的破壞模式是屬於純mode II的剪力破壞型式,而本研究中的剝離試驗並不適用於此破壞型式。
目 錄
中文摘要................................................I
英文摘要................................................II
目錄....................................................III
表目錄.................................................. VI
圖目錄.................................................. VIII
第一章 緒論........................................... 1
1-1 研究動機......................................... 1
1-2 研究目的......................................... 2
1-3 研究內容......................................... 3
1-4 文獻回顧......................................... 4
第二章 理論分析........................................ 9
2-1 剝離試驗之界面破壞能理論......................... 9
2-2 補強樑之破壞能理論............................... 12
2-2-1 補強樑之破壞能理論.............................. 12
2-2-2 有限元素法分析RC補強樑受三點抗彎下之界面破壞能.. 16
2-3 剝離試驗於RC補強樑受三點抗彎下之應用........... 18
2-4 界面應力理論..................................... 19
2-4-1 RC樑三點抗彎試驗............................ 20
2-4-1.1 RC樑三點抗彎試驗......................... 20
2-4-1.2 有限元素分析補強樑之界面應力.............. 23
2-4-2 RC樑四點抗彎試驗............................ 24
2-4-3 RC樑均佈載重抗彎試驗........................ 27
2-4-3.1 界面剪應力理論推導........................ 27
2-4-3.2 界面正向應力理論推導...................... 32
第三章 試驗項目........................................ 52
3-1 剝離試驗簡介及裝置介紹........................... 52
3-1-1 剝離試驗簡介................................. 52
3-1-2 剝離試驗裝置介紹............................. 53
3-1-3 MTS儀器設定................................. 55
3-2 材料試驗........................................ 56
3-2-1 混凝土板製作................................. 56
3-2-2 剝離試驗試體製作............................. 56
3-2-3 複材貼片拉伸試驗............................. 59
3-2-4 混凝土抗壓試驗............................... 60
3-3 剝離試驗........................................ 60
3-4 RC補強樑三點抗彎試驗........................... 61
3-5 試體規劃設計.................................... 62
3-5-1 剝離試驗之試體規劃.......................... 62
3-5-2 RC樑三點抗彎試驗之試體規劃................. 70
第四章 試驗結果........................................ 79
4-1 材料試驗結果..................................... 79
4-1-1 拉伸試驗..................................... 79
4-1-2 抗壓試驗..................................... 80
4-2 剝離試驗結果..................................... 81
4-3 剝離試驗試驗結果分析比較......................... 81
4-3-1 剝離試驗結果之比較........................... 81
4-3-2 不同養護環境下之剝離試驗結果................. 84
4-4 RC樑三點抗彎試驗結果........................... 87
第五章 討論與建議...................................... 114
5-1 結論與建議...................................... 114
5-2 未來展望........................................ 116
參考文獻................................................ 118
照片附錄................................................ 121
表 目 錄
表2-1 RC補強樑之界面破壞能(a=50 cm) .................. 43
表2-2 RC補強樑之界面破壞能(a=70 cm) .................. 43
表3-1 剝離試驗試體設計(一)............................ 72
表3-2 剝離試驗試體設計(二)............................ 73
表3-3 剝離試驗試體設計(三)............................ 74
表3-4 剝離試驗試體設計(四)............................ 75
表3-5 各組試體強度及材料種類.......................... 76
表3-6 各組試體養護條件................................ 77
表4-1 鋼筋基本材料試驗................................ 89
表4-2 膠料基本性質試驗................................ 89
表4-3 纖維基本性質試驗................................ 89
表4-4 含浸樹脂之複材試片基本性質試驗.................. 90
表4-5 混凝土基本材料試驗.............................. 90
表4-6 H組試體之界面破壞能............................ 91
表4-7 I組試體之界面破壞能............................. 91
表4-8 J組試體之界面破壞能............................. 91
表4-9 K組試體之界面破壞能............................ 92
表4-10 Ka組試體之界面破壞能........................... 92
表4-11 Kc組試體之界面破壞能........................... 92
表4-12 Kca組試體之界面破壞能.......................... 93
表4-13 L組試體之界面破壞能............................ 93
表4-14 M組試體之界面破壞能............................ 93
表4-15 O組試體之界面破壞能............................ 94
表4-16 Q組試體之界面破壞能............................ 94
表4-17 S組試體之界面破壞能............................. 94
表4-18 Sc組試體之界面破壞能............................ 95
表4-19 Scw組試體之界面破壞能.......................... 95
表4-20 Sw組試體之界面破壞能........................... 95
表4-21 T組試體之界面破壞能............................ 96
表4-22 Tc組試體之界面破壞能............................ 96
表4-23 U組試體之界面破壞能............................ 96
表4-24 Uc組試體之界面破壞能........................... 97
表4-25 Ucw組試體之界面破壞能.......................... 97
表4-26 Uw組試體之界面破壞能........................... 97
表4-27 V組試體之界面破壞能............................ 98
表4-28 Vc組試體之界面破壞能........................... 98
表4-29 W組試體之界面破壞能............................ 98
表4-30 Wc組試體之界面破壞能........................... 99
表4-31 Wcw組試體之界面破壞能......................... 99
表4-32 Ww組試體之界面破壞能.......................... 99
表4-33 X組試體之界面破壞能............................ 100
表4-34 Xc組試體之界面破壞能........................... 100
圖 目 錄
圖2-1 剝離試驗之幾何力學圖示........................ 44
圖2-2 含有預裂縫之補強樑............................ 44
圖2-3 補強樑界面破壞能推導.......................... 45
圖2-4 裂縫尖端受彎矩產稱旋轉角...................... 45
圖2-5 三點抗彎試驗.................................. 46
圖2-6 樑元素應力示意圖.............................. 46
圖2-7 四點抗彎試驗.................................. 47
圖2-8 均佈載重試驗.................................. 47
圖2-9 界面破壞能分析之網格圖(a=70 cm、ABAQUS)...... 48
圖2-10 界面破壞能分析之網格圖(a=50 cm、T22)........... 48
圖2-11 界面破壞能分析之網格圖(a=70 cm、T22)........... 49
圖2-12 界面應力分析之網格圖(a=70 cm、ABAQUS)........ 49
圖2-13 界面正向應力分析值與理論值之比較圖(a=70cm).... 50
圖2-14 界面剪應力分析值與理論值之比較圖(a=70cm)...... 50
圖2-15 界面正向應力分析值與理論值之比較圖(a=50cm).... 51
圖2-16 界面剪應力分析值與理論值之比較圖(a=50cm)...... 51
圖3-1 剝離試驗裝置圖................................ 78
圖4-1 膠料種類不同之影響(1).......................... 101
圖4-2 膠料種類不同之影響(2).......................... 101
圖4-3 纖維種類不同之影響(1).......................... 102
圖4-4 纖維種類不同之影響(2).......................... 102
圖4-5 底膠用量不同之影響............................ 103
圖4-6 混凝土表面平整度之影響(1)...................... 103
圖4-7 混凝土表面平整度之影響(2)...................... 104
圖4-8 混凝土抗壓強度不同之影響(1).................... 104
圖4-9 混凝土抗壓強度不同之影響(2).................... 105
圖4-10 混凝土與水泥砂漿之差異........................ 105
圖4-11 混凝土表面未補洞(O組)之載重位移圖............. 106
圖4-12 混凝土表面未補洞(Q組)之載重位移圖............. 106
圖4-13 S組之剝離力及界面破壞能...................... 107
圖4-14 U組之剝離力及界面破壞能...................... 107
圖4-15 Sc組之剝離力及界面破壞能...................... 108
圖4-16 Uc組之剝離力及界面破壞能..................... 108
圖4-17 Scw組之剝離力及界面破壞能.................... 109
圖4-18 Ucw組之剝離力及界面破壞能.................... 109
圖4-19 T組之剝離力及界面破壞能...................... 110
圖4-20 Tc組之剝離力及界面破壞能...................... 110
圖4-21 V組之剝離力及界面破壞能...................... 111
圖4-22 Vc組之剝離力及界面破壞能..................... 111
圖4-23 Wc組之剝離力及界面破壞能..................... 112
圖4-24 Xc組之剝離力及界面破壞能..................... 112
圖4-25 W組之剝離力及界面破壞能...................... 113
【1】 李秉乾,王智銘,「玻璃纖維強化高分子複合材料貼片補強鋼
筋混凝土樑之研究」,逢甲大學土木及水利工程研究所碩士論文,1997。
【2】 李秉乾,吳岱祐,「混凝土樑應用玻璃纖維加勁複材布補強之
研究」,逢甲大學土木及水利工程研究所碩士論文,2000。
【3】 李秉乾,李宗澤,「複合材料與混凝土間界面黏結強度之測定
」,逢甲大學土木及水利工程研究所碩士論文,2000。
【4】 高健章,鄭啟龍,「混凝土與補強鋼板間膠結界面受溫度之影響」,結構工程,第12卷,第4期,第101∼109頁,1997。
【5】 許明發,郭文雄,「複合材料」,高立圖書有限公司,1998。
【6】 楊衛,「宏微觀斷裂力學」,國防工業出版社,1995。
【7】 ABAQUS, Hibbit, Karlsson and Sorensen, INC., ”User’s Manual”, Version 5.7.
【8】 A.J. Kinloch, Adhesion and Adhesives: Science and Technology. Chapman and Hall, London, UK (1987).
【9】 A.G. Evans, B.J. Dalgleish, M. He and J.W. Hutchinson, ”On Crack Path Selection and the Interface Fracture Energy in Bi-Material Systems”, Acta Metallurgica, Vol. 37, No. 12 1989 , pp. 3249-3254.
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【12】 J.W. Hutchinson, M.E. Mear, J.R. Rice, ”Crack paralleling an interface between dissimilar”, Transactions of the ASME, Vol. 54, December 1987, pp. 828-832.
【13】 J.G. Williams, ”On the calculation of energy release rates for cracked laminates”, International Journal of Fracture, Vol. 36, 1988, pp. 101-119.
【14】 K-S. Kim and N. Aravas, ”Elastoplastic analysis of the peel test”, Int. J. Solids Structures Vol. 24, No. 4 1988, pp. 417-435.
【15】 K.W. Neale, Pierre Labossiere, ”Fiber composite sheets in cold climate rehab”, Concrete International, June 1998, pp. 22-24.
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【17】 T.M. Roberts, ”Approximate Analysis of Shear and Normal Stress Concentrations in the Adhesive Layer of Plated RC Beams”, The Structural Engineer, Vol. 67, pp. 229-233.
【18】 V.M. Karbhari, M. Engineer, ”Investigation of bond between concrete and composites: Use of a peel test”, Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol.15, February 1996, pp. 208-227.
【19】 V.M. Karbhari, M. Engineer, D.A. Eckel II, ”On the durability of composite rehabilitaion schemes for concrete: use of a peel test”, Journal of Materials Science, Vol. 32, 1997, pp. 147-156.
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