FRP筋與ECC粘結(jié)性能試驗(yàn)和理論研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（Engineered Cementitious Composites簡(jiǎn)稱ECC）是一種新型高性能土木工程建筑材料，具有假應(yīng)變硬化和超高的韌性等特性，在體積摻量為2％的情況下，其極限拉應(yīng)變約為混凝土的300倍，而極限狀態(tài)下最大裂縫寬度僅為100μm左右，將其用于工程結(jié)構(gòu)可大幅提升結(jié)構(gòu)的承載力、延性和耗能性能。然而，F(xiàn)RP筋與ECC的粘結(jié)性能是保證兩者協(xié)同工作的關(guān)鍵，是研究FRP筋增強(qiáng)ECC結(jié)構(gòu)的重要課題之一。因此，

2、本文對(duì)FRP筋與ECC的粘結(jié)性能進(jìn)行了試驗(yàn)、理論以及數(shù)值模擬三個(gè)方面的研究:
　　(1)根據(jù)FRP筋與ECC拉拔試驗(yàn)結(jié)果，分析了FRP筋與ECC的粘結(jié)滑移機(jī)理，和錨固長(zhǎng)度、FRP筋的類型、FRP筋直徑以及FRP筋表面形狀等因素對(duì)FRP筋與ECC粘結(jié)性能的影響。結(jié)果表明:光圓和螺紋FRP筋與ECC的粘結(jié)滑移曲線分為上升段、下降段以及殘余段，在殘余段，粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)有波動(dòng)，且螺紋FRP筋與ECC的粘結(jié)滑移曲線波動(dòng)幅度比光圓FRP筋的明顯。

3、CFRP筋與ECC的粘結(jié)滑移曲線上升段的斜率大于GFRP筋的，且峰值粘結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的位移小于GFRP筋對(duì)應(yīng)的位移，這主要是因?yàn)镃FRP筋的彈性模量大于GFRP筋的彈性模量所引起的;在錨固長(zhǎng)度一定的情況下，隨著直徑的增加，極限平均粘結(jié)應(yīng)力減小，在直徑一定的情況下，隨著錨固長(zhǎng)度的增加，極限荷載增加，而極限平均粘結(jié)應(yīng)力減小;螺紋GFRP筋與ECC的粘結(jié)強(qiáng)度明顯高于光圓GFRP筋與ECC的粘結(jié)強(qiáng)度，說(shuō)明對(duì)FRP筋表面進(jìn)行處理可以很大程度上提高FR

4、P筋與ECC之間的粘結(jié)性能。
　　(2)根據(jù)FRP筋表面貼應(yīng)變片的拉拔試驗(yàn)，測(cè)得FRP筋在拉拔過(guò)程中應(yīng)變的變化，計(jì)算得到試件在錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的粘結(jié)應(yīng)力以及FRP筋與ECC相對(duì)滑移的分布規(guī)律，從而得到不同位置處FRP筋與ECC粘結(jié)應(yīng)力與相對(duì)滑移的關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)位置函數(shù)ψ(x)對(duì)不同位置處的粘結(jié)滑移關(guān)系進(jìn)行修正，建立了考慮錨固位置影響的FRP筋與ECC的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，為FRP筋增強(qiáng)ECC結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的有限元分析提供基本條件。<

5、br>　　(3)結(jié)合試驗(yàn)得到的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系中的參數(shù)，提出三線型粘結(jié)滑移本構(gòu)模型，并通過(guò)理論推導(dǎo)得出FRP筋應(yīng)力、FRP筋與ECC的相對(duì)滑移、FRP筋表面的粘結(jié)應(yīng)力、加載端的拉拔力等物理量的數(shù)學(xué)表達(dá)式，理論計(jì)算得到的加載端和自由端的荷載位移曲線與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了FRP筋與ECC粘結(jié)滑移本構(gòu)模型的正確性;并對(duì)粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系中的各參數(shù)、FRP筋直徑、錨固長(zhǎng)度、FRP筋的彈性模量以及ECC的彈性模量等參數(shù)對(duì)最大拉拔力的影響進(jìn)行了分

6、析，最后給出了FRP筋基本錨固長(zhǎng)度的理論計(jì)算公式。
　　(4)采用ATENA軟件對(duì)拉拔試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明:數(shù)值模擬得到的加載端荷載位移曲線、FRP筋應(yīng)力沿錨固方向的分布曲線以及FRP筋與ECC的粘結(jié)應(yīng)力沿錨固方向的分布曲線與理論計(jì)算結(jié)果基本吻合，表明FRP筋與ECC粘結(jié)滑移本構(gòu)模型的合理可行性，為后續(xù)ECC結(jié)構(gòu)的研究提供新的分析手段。通過(guò)對(duì)錨固長(zhǎng)度、FRP筋直徑和最大粘結(jié)應(yīng)力三個(gè)參數(shù)的分析發(fā)現(xiàn):其它參數(shù)相同的情況下，隨著錨