FRP加固混凝土梁中裂缝引起的界面剥离分析

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近年来,纤维复合材料(Fiber Reinforced ploymer,FRP)因质强比较小,耐腐蚀,徐变小、及便于施工等优点,在土木工程加固领域得到了广泛应用。FRP与混凝土间的界面将有效应力从既有结构转移到外贴的FRP板,并保持复合材料性能的完整性和耐久性。因此,FRP-混凝土界面对加固技术起关键作用。在混凝土受弯构件的受拉面粘贴FRP板,不仅可以提高构件的强度,而且可以增加构件的刚度。然而,由于FRP-混凝土界面的剥离导致结构过早的产生破坏,因此,需要科研人员系统研究FRP-混凝土界面在不同破坏模式下的剥离机理。本文将在已有文献的试验基础上,采用理论方法、数值分析等手段来研究抗弯加固混凝土梁中裂缝引起的FRP剥离问题。主要的研究工作如下:(1)在直剪试验的基础上,主要考察了混凝土成分对界面粘结性能的作用。研究结果表明,试件的粘结力受到混凝土表面抗拉强度、骨料尺寸和含量的较大影响;然后,通过三参数界面粘结-滑移模型分析了直剪试验中弯曲裂缝引起的界面剥离破坏,并且基于线弹性断裂力学推导出界面的极限承载力。将计算结果与试验结果进行对比,对比结果吻合较好;最后,通过数值分析进行了参数研究来说明影响界面剥离破坏的不同因素。(2)在四点弯曲梁试验的基础上,提出了考虑竖向相对位移的四参数界面粘结-滑移模型,对混合破坏模式下弯剪裂缝引起的剥离破坏进行理论分析和研究,计算结果与试验结果对比吻合较好;通过与纯剪切模式下弯曲裂缝引起的FRP剥离比较,研究结果显示,弯剪裂缝引起的竖向相对位移能够加速界面产生剥离。(3)采用ABAQUS有限元软件对FRP加固混凝土梁在四点弯曲荷载下的剥离行为进行模拟分析。模拟结果与试验结果对比吻合较好。此外,结果显示,FRP对减缓梁构件裂缝开展,降低构件的变形,增加构件的强度等性能发挥了良好的作用。
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