FRP約束混凝土本構(gòu)關(guān)系及FRP加固混凝土梁斷裂過程分析.pdf

1、在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的服役過程中，由于年限、周圍環(huán)境影響等原因，其結(jié)構(gòu)性能出現(xiàn)退化。主要的表現(xiàn)有承載能力與剛度的降低、延性降低。另外一方面，隨著對結(jié)構(gòu)安全等級認(rèn)識的提高，一些按照原有規(guī)范設(shè)計的結(jié)構(gòu)物已經(jīng)不能適應(yīng)新規(guī)范的要求。此外，結(jié)構(gòu)使用用途的改變也有可能造成既有結(jié)構(gòu)不能滿足使用要求。這些問題導(dǎo)致結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行拆除重建或者加固改造。由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點，近年來大量應(yīng)用于加固工程結(jié)構(gòu)的各種構(gòu)件尤其是梁、柱。各國研究人員

2、對FRP加固結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行了大量的實驗與理論研究，取得諸多成果。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，重點對FRP約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系以及FRP加固混凝土梁的斷裂及FRP混凝土界面剝離過程進(jìn)行了分析。得到了以下結(jié)果:
　　(1)修正了Lam和Teng基于設(shè)計的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。首先通過Jefferson的混凝土破壞面方程推導(dǎo)了FRP約束混凝土的強(qiáng)度預(yù)測模型。該模型直接僅需混凝土單軸抗壓強(qiáng)度以及FRP拉斷應(yīng)變;推導(dǎo)了基于損傷的應(yīng)變公式。在強(qiáng)度與應(yīng)變

3、預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，提出了修正的Lam和Teng應(yīng)力-應(yīng)變模型。與搜集的試驗數(shù)據(jù)比較表明，對于強(qiáng)度模型，本文模型與Rousakis和Karabinis模型、Wu和Zhou模型與試驗數(shù)據(jù)吻合最好;對于應(yīng)變模型，本文模型、Wu等模型與Teng等模型與試驗數(shù)據(jù)吻合最好。進(jìn)一步比較表明，本文提出的修正的Lam和Teng模型能夠很好地表達(dá)結(jié)構(gòu)的整體行為。本模型可用于實際構(gòu)件截面的應(yīng)力分析。
　　(2)在Suzuki等以及Teng等工作的基礎(chǔ)上

4、，基于受壓斷裂能的概念，提出了一種確定基于分析FRP約束混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)值方法。與試驗結(jié)果比較表明，該方法與試驗結(jié)果整體吻合良好。另外，分別對強(qiáng)約束小破壞應(yīng)變、弱約束小破壞應(yīng)變、弱約束大破壞應(yīng)變?nèi)N情況研究了試件長度對FRP約束混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響。分析結(jié)果表明，對于強(qiáng)約束類型FRP約束混凝土，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不需要考慮試件長度的影響;對于弱約束類型FRP約束混凝土，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系必須考慮試件長度的影響。
　　(3

5、)提出了一種斷裂力學(xué)方法來模擬FRP加固梁的斷裂與FRP-混凝土界面剝離過程。該方法采用虛擬裂縫模型模擬混凝土的斷裂過程，采用粘聚區(qū)模型模擬FRP混凝土界面的剝離，采用應(yīng)力強(qiáng)度因子疊加原理與權(quán)函數(shù)方法建立了整體控制方程與裂縫口張開位移協(xié)調(diào)方程。通過本課題組的試驗數(shù)據(jù)驗證了本方法的有效性。另外，還對影響梁承載能力的各個因素進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究結(jié)果表明，初始縫高比、梁高、混凝土強(qiáng)度等級對FRP加固混凝土梁的第一峰值荷載影響較大，F(xiàn)RP的厚