FRP-混凝土界面的受力分析

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随着FRP材料在工程加固领域中的广泛应用,近几十年来,国内外学者进行了许多关于FRP-混凝土界面受力分析的研究。众多试验研究表明,FRP-混凝土界面经常发生界面剥离破坏。因此,关于FRP-混凝土界面剥离破坏的研究逐渐成为研究的重点。FRP-混凝土结构主要有三种形式的剥离破坏:板端剥离破坏(即Ⅰ型剥离破坏)、弯曲裂缝导致的剥离破坏(即Ⅱ型剥离破坏)、弯剪裂缝导致的剥离破坏(即Ⅰ-Ⅱ复合型剥离破坏)。本文首先对FRP-混凝土界面剥离破坏的定义、常见类型、影响因素和不同模式下的试验装置进行简单介绍。重点对界面不同剥离模式下的剥离破坏机理进行系统的分析。同时,对弯剪裂缝引起的Ⅰ-Ⅱ复合型剥离破坏的试验研究结果进行总结。接着,基于FRP加固梁上两条相邻裂缝之间的梁段,对界面剥离破坏的过程进行理论分析。在国内外学者理论研究的基础之上,考虑由支撑引起的剪力和力偶,详细讨论了FRP-混凝土界面的剥离破坏过程,得到了不同阶段的粘结滑移、界面剪应力和FRP轴向力的解析解。结合相关文献中的试验研究结果,验证了本文理论分析结果的正确性。揭示了随着外荷载的增加,梁在多重跨中裂缝作用下发生剥离破坏的全过程。实际工程中,FRP-混凝土界面大多都处在Ⅰ-Ⅱ复合型的受力状态下,为了更好地研究FRP-混凝土界面Ⅰ-Ⅱ复合型剥离破坏,本文提出一种基于两条相邻弯剪裂缝之间的梁段简化模型,采用圣维南原理和数值模拟的方法验证了这种简化模型的正确性。采用ANSYS软件对这个梁段的简化力学模型进行有限元分析,探讨了FRP拉应力、FRP片材的厚度、粘结层的厚度、FRP-混凝土界面的粘结滑移本构关系和梁段的长度对界面剥离行为的影响。结合已有的试验研究,参考梁试件的几何参数和材料参数,运用本文提出的三维有限元分析模型,进行有限元分析。通过有限元分析结果和试验研究结果的对比,证明了采用这种数值分析方法对FRP-混凝土界面剥离破坏过程进行分析的可行性。同时也提出了改进和完善的措施,从而更好地进行深入的研究。最后,提出一种FRP-混凝土界面剥离破坏的单裂缝模型和多重裂缝模型,对界面发生剥离破坏时FRP片材单位宽度上受到的力进行预测。这种模型应用方便,计算量小,并且通过试验研究结果对这种模型进行了验证。
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