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利用纤维片材加固混凝土构件以增加其延性和承载力是近年来国内外迅速发展起来的一种新型补强技术,它已日益广泛地应用于道路、桥梁、土木工程等领域。多年来,关于纤维片材加固混凝土构件的承载力、破坏机理及纤维片材的增强效果等问题一直是国内外研究的热点,但是目前研究多局限于纤维片材加固混凝土构件的工程应用和实验分析。本文借鉴复合材料力学方法,对承受拉弯组合荷载作用的纤维片材加固含裂缝混凝土梁建立一种计及黏结层刚度的分层剪滞分析模型,研究了纤维片材/混凝土的界面应力重分布问题。在此基础上,采用修正的剪滞模型,研究了该梁在弯曲荷载作用下纤维逐步断裂导致的应力重分布。最后,采用统计断裂理论,对梁的极限承载力作出较为合理的分析和预报。本文主要完成了下述研究工作:
1.借鉴复合材料力学的分析方法,建立一种计及黏结层刚度的分层剪滞模型,研究了碳纤维片材加固含单裂缝混凝土梁在拉弯组合荷载作用下的应力分布问题,求得了相应的归一化位移和应变分布。结果表明:利用剪滞分析方法能够提供一个比较完整合理的闭合解,可以较准确地预测混凝土、黏结层及纤维片材的应力分布情况。本文结果可为研究纤维片材加固多裂缝混凝土梁的界面应力分布和破坏机理等提供理论依据。
2.进一步推广上述的剪滞分析模型,研究了纤维片材或钢板加固含多条裂缝混凝土梁在拉弯组合荷载作用下的界面切应力分布问题,求得了混凝土层和黏结层及黏结层与纤维片材或钢板之间的界面切应力分布,所得结果与能量法及Smith和Teng的解答较吻合,从而验证了本文模型及分析方法的正确性和可靠性。结果表明:纤维材料的性能对界面切应力有影响;裂缝越长,界面切应力越大;裂缝间距对界面归一化切应力影响不大;黏结层的厚度对界面归一化切应力的影响较小;碳纤维片材越厚,界面切应力越大;轴向拉伸荷载的大小对界面切应力有一定的影响。
3.在上述研究的基础上,采用修正的剪滞模型,研究了该混凝土梁在四点弯曲荷载作用下纤维逐步断裂导致的应力重分布。最后,采用统计断裂理论,对梁的极限承载力作出了较为合理的分析和预报,揭示了纤维片材加固混凝土构件的弯曲破坏机理,并为此类构件的破坏分析开辟了一种新的研究途径和方法。