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(qiáng)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(gè)研發(fā)熱點(diǎn)。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(gè)難點(diǎn)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(cè)試方法。本文先對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(guò)圣維南原理以及數(shù)值檢驗(yàn)分別證明各個(gè)“梁段”模型的合理性和可靠性,從而化解了整梁計(jì)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(duì)FRP加固混凝土梁的界面剝離破壞問(wèn)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(duì)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(duì)梁端界面剝離破壞影響很大。剪跨比λ和裂縫間距對(duì)剪彎段界面剝離破壞的影響相對(duì)較小。由于對(duì)稱(chēng)性,純彎段FRP-混凝土界面層不會(huì)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(duì)比表明,本文提出的各個(gè)“梁段”模型的剝離計(jì)算結(jié)果與既有實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差在-12.33％和+32.80

4、%之間。
　　由于尚未見(jiàn)到可同時(shí)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(jiǎn)單可靠的、可同時(shí)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(duì)剝離破壞最為敏感。為此本文提出了一種新的缺口梁試驗(yàn)方法以深入探討斜裂縫位置對(duì)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(cè)試方法
　　針對(duì)既有FRP

5、-混凝土粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系測(cè)試試件均從一側(cè)對(duì)FRP進(jìn)行加載,在FRP-混凝土相對(duì)滑移量較小時(shí)就易發(fā)生突然性的界面整片剝離破壞,導(dǎo)致無(wú)法測(cè)得粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系的下降段的缺點(diǎn),提出了一種新式FRP-混凝土粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方法。借鑒“梁段”模型的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出一種改進(jìn)的從兩側(cè)對(duì)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(gè)試件的測(cè)試,均實(shí)測(cè)到完整的粘結(jié)滑移關(guān)系曲線(xiàn),表明新實(shí)驗(yàn)方法圓滿(mǎn)成功。
　　受“梁段”模型和“雙拉”試

6、件的啟發(fā),本文提出一種測(cè)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(gè)“雙拉梁段”試件,以提高實(shí)驗(yàn)效率。
　　綜上本文的主要?jiǎng)?chuàng)新和貢獻(xiàn)有:
　　(1)可靠、簡(jiǎn)單的FRP加固混凝土梁剝離破壞計(jì)算方法及其影響因素分析。a)提出并驗(yàn)證了可靠、簡(jiǎn)單的梁端與跨中“梁段”模型,且使計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際。b)第一次對(duì)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