基于分子动力学的恶劣环境下 FRP 加固混凝土结构粘结界面失效机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51808020
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0805.工程材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Due to the detrimental environmental exposure, the concrete structure deteriorates during the intended service-life, and the consequent structural failure could cause the personal injury and property damage. With the outstanding mechanical properties, the fiber reinforced polymer (FRP) has been widely used for the repair and strengthening of the deteriorated structure. Previous studies have indicated that the FRP-bonded concrete structure deteriorates under the harsh environments, where the critical failure region shifts from the concrete structure to the interface between the concrete and epoxy adhesive, which significantly weakens the durability of the bonded system. Currently, little is known about the failure mechanism of the FRP-concrete system under the various environmental exposures, especially the property deterioration of the bonded interface. The objective of this project is to investigate the fundamental failure mechanism of the FRP-bonded concrete system under the harsh environment at the microscopic level, with the focus on the deterioration of the bonded interface. Specifically, by using the molecular dynamics simulation method, the microscale interface model of the concrete-epoxy bonded system is constructed, which is subjected to various harsh environmental exposures to examine the change of its structure and adhesion energy. Meanwhile, the fracture testing is carried out on the macroscale sample to validate the failure mechanism as observed in the simulation. This research project will form the basis for understanding the long-term durability of the FRP-bonded concrete structure by considering the effect of the harsh environment, which will significantly contribute to the scientific knowledge in the area of the structural durability and interfacial integrity of the FRP-bonded system, and advance the application of the FRP composite in the civil engineering field.
由于环境侵蚀,混凝土结构在服役过程中会出现一定程度的破坏,其结构失效将造成生命财产损失。凭借优越的力学性能,纤维增强复合材料(FRP)被广泛应用于受损结构的加固。研究表明,恶劣环境下FRP加固混凝土结构会发生退化,关键破坏部位从正常情况下的混凝土内部转变为混凝土与环氧树脂的粘结界面,从而危害加固结构的服役安全。目前,对恶劣环境下此加固结构的失效机理,特别是粘结界面的性能退化所知甚少。本课题研究目的是在微观层面揭示恶劣环境下FRP加固混凝土结构的失效机理,重点关注粘结界面的退化。为此,采用分子动力学模拟方法,建立混凝土与环氧树脂界面的微观结构模型,研究不同环境下此界面分子结构和粘结性能的变化。同时,通过宏观尺度的加载实验验证此结构失效机理。本课题为恶劣环境下FRP加固结构的服役安全这一关键问题提供重要基础,促进此加固结构的可靠性、耐久性等领域科学知识发展,推动FRP在土木工程中的应用。

结项摘要

凭借优越的力学性能,纤维增强复合材料(FRP)被逐渐应用于受损混凝土结构的加固。然而,恶劣环境下FRP加固混凝土结构会发生混凝土与FRP界面的脱粘失效,以混凝土与环氧树脂的界面为关键破坏部位,从而危害加固结构的服役安全。本项目通过宏观尺度的加载实验,研究了混凝土与FRP粘结界面在不同制备条件下的粘结特性与失效过程。同时,采用分子动力学模拟方法,构建了切合实际的树脂、FRP中纤维/树脂界面以及混凝土中水化硅酸钙/树脂界面的分子模型,成功的预测了这些材料在纳米尺度的结构特征与力学性能。基于分子动力学模型,研究了恶劣环境,特别是潮湿环境下树脂、纤维/树脂界面以及水化硅酸钙/树脂界面的微观分子结构随水分含量等化学组分的演变规律,揭示了微观分子结构与性能的对应关系。其中,重点研究了水分子与树脂的交联聚合结构、与纤维/树脂界面以及与水化硅酸钙/树脂界面的相互作用与反应,探明了水分子对于FRP加固混凝土结构中水化硅酸钙/树脂粘结界面的破坏机制。本项目为解决恶劣环境,特别是潮湿环境下FRP加固混凝土结构的服役安全这一关键问题提供了重要的理论基础,为混凝土与FRP粘结界面的耐久性预测提供了科学的指导。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
Nanomechanical behavior of carbon fiber/epoxy interface in hygrothermal conditioning: A molecular dynamics study
湿热调节中碳纤维/环氧树脂界面的纳米力学行为:分子动力学研究
  • DOI:
    10.1016/j.mtcomm.2019.04.002
  • 发表时间:
    2019-06-01
  • 期刊:
    MATERIALS TODAY COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Tam, Lik-ho;Zhou, Ao;Wu, Chao
  • 通讯作者:
    Wu, Chao
Effect of glass fiber sheet in adhesive on the bond and galvanic corrosion behaviours of CFRP-Steel bonded system
胶粘剂中玻璃纤维片对CFRP-Steel粘结体系粘结及电偶腐蚀行为的影响
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2020.113218
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Chao Wu;Yang-Zhe Yu;Lik-ho Tam;John Orr;Li He
  • 通讯作者:
    Li He
土木工程应用中碳纤维/环氧树脂界面在环境影响下退化的分子模拟研究进展
  • DOI:
    10.13801/j.cnki.fhclxb.20200831.003
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    复合材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴超;吴瑞东;蒋金桥;谭力豪
  • 通讯作者:
    谭力豪
Stability Optimization of Trapezoidal Frame with Rigid Members and Flexible Joints
刚性杆件柔性连接梯形框架稳定性优化
  • DOI:
    10.1155/2020/8865888
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Advances in Civil Engineering
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Chao Wu;Ya-Nan Li;Lik-Ho Tam;Li He
  • 通讯作者:
    Li He
Understanding interaction and dynamics of water molecules in the epoxy via molecular dynamics simulation
通过分子动力学模拟了解环氧树脂中水分子的相互作用和动力学
  • DOI:
    10.1080/08927022.2018.1540869
  • 发表时间:
    2019-01-22
  • 期刊:
    MOLECULAR SIMULATION
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Tam, Lik-ho;Lau, Denvid;Wu, Chao
  • 通讯作者:
    Wu, Chao

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其他文献

高地应力软硬岩隧道初始应力场反演分析
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  • 通讯作者:
    全晓娟

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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