基于梁段模型的FRP加固混凝土梁界面剝離破壞分析.pdf

1、纖維增強復(fù)合材料(FRP)加固混凝土結(jié)構(gòu)是當(dāng)前土木工程中的一個研發(fā)熱點。FRP與混凝土界面的粘結(jié)質(zhì)量是加固成敗的關(guān)鍵,迄今仍有兩個難點尚未得到較好地解決:(1) FRP加固混凝土梁梁端和跨中粘結(jié)界面剝離破壞的分析方法;(2)FRP-混凝土粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系的測試方法。本文先對上述兩個問題的既有研究進(jìn)行了較系統(tǒng)的綜述;進(jìn)而進(jìn)行了針對性研究。
　　(1) FRP加固混凝土梁梁端和跨中粘結(jié)界面剝離破壞的分析方法
　　針對以整根梁作

2、為有限元模型的繁瑣和困難,以及因此而未能進(jìn)行 FRP-混凝土界面剝離破壞參數(shù)分析的現(xiàn)狀,本文分別提出了簡單的以混凝土梁上裂縫作為邊界的梁端、剪彎段和純彎段的“梁段”模型。然后通過圣維南原理以及數(shù)值檢驗分別證明各個“梁段”模型的合理性和可靠性,從而化解了整梁計算的困難。
　　基于這些“梁段”模型,使用通用有限元軟件ANSYS,第一次對FRP加固混凝土梁的界面剝離破壞問題進(jìn)行了參數(shù)分析。結(jié)果顯示:FRP拉應(yīng)力和層數(shù)是加固梁各部位 FR

3、P-混凝土界面剝離破壞的最主要的影響因素。FRP-混凝土粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系反應(yīng)粘結(jié)質(zhì)量的優(yōu)劣,對加固梁各部位界面剝離破壞有重要的影響。斜裂縫到支座的距離對梁端界面剝離破壞影響很大。剪跨比λ和裂縫間距對剪彎段界面剝離破壞的影響相對較小。由于對稱性,純彎段FRP-混凝土界面層不會發(fā)生整片剝離破壞。
　　經(jīng)與收集的55根FRP加固混凝土梁的對比表明,本文提出的各個“梁段”模型的剝離計算結(jié)果與既有實驗結(jié)果的誤差在-12.33％和+32.80

4、%之間。
　　由于尚未見到可同時分析加固梁梁端和跨中 FRP-混凝土剝離破壞的整梁有限元模型,本文基于“梁段”模型,提出了簡單可靠的、可同時分析全梁不同部位剝離破壞的新分析方法—分段綜合法。算例表明,除 FRP拉應(yīng)力和層數(shù)外,梁端斜裂縫到支座的距離對剝離破壞最為敏感。為此本文提出了一種新的缺口梁試驗方法以深入探討斜裂縫位置對梁端剝離破壞的影響。
　　(2) FRP-混凝土粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系的測試方法
　　針對既有FRP

5、-混凝土粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系測試試件均從一側(cè)對FRP進(jìn)行加載,在FRP-混凝土相對滑移量較小時就易發(fā)生突然性的界面整片剝離破壞,導(dǎo)致無法測得粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系的下降段的缺點,提出了一種新式FRP-混凝土粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系的實驗方法。借鑒“梁段”模型的特點設(shè)計出一種改進(jìn)的從兩側(cè)對FRP進(jìn)行加載的―雙拉‖試件及其水平加載裝置。共進(jìn)行了6個試件的測試,均實測到完整的粘結(jié)滑移關(guān)系曲線,表明新實驗方法圓滿成功。
　　受“梁段”模型和“雙拉”試

6、件的啟發(fā),本文提出一種測量FRP-混凝土粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系的梁式試件的改進(jìn)設(shè)想,即在 FRP加固混凝土梁的純彎段預(yù)設(shè)裂縫,一次形成多個“雙拉梁段”試件,以提高實驗效率。
　　綜上本文的主要創(chuàng)新和貢獻(xiàn)有:
　　(1)可靠、簡單的FRP加固混凝土梁剝離破壞計算方法及其影響因素分析。a)提出并驗證了可靠、簡單的梁端與跨中“梁段”模型,且使計算結(jié)果更接近實際。b)第一次對FRP-混凝土界面剝離破壞影響因素進(jìn)行了較全面細(xì)致的分析,有限