FRP加固負(fù)載混凝土梁的抗彎性能及剝離行為研究.pdf

1、FRP-混凝土界面的力學(xué)行為及剝離破壞是FRP加固技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，目前有關(guān)的研究分析多以無(wú)初載加固梁為研究對(duì)象，甚少涉及到FRP抗彎加固負(fù)載梁的界面力學(xué)行為及剝離機(jī)理的研究。本文根據(jù)混凝土基本理論、非線性有限元分析和試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)FRP加固負(fù)載混凝土梁的抗彎性能及剝離行為進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。提出了FRP加固負(fù)載混凝土梁滯后應(yīng)變及彎矩特征值(即開(kāi)裂彎矩、屈服彎矩和極限彎矩)的計(jì)算公式。對(duì)片材端部混凝土保護(hù)層剝離和彎曲主裂縫處FRP

2、剝離等兩種常見(jiàn)的剝離破壞機(jī)理進(jìn)行了深入分析，建立了負(fù)載加固梁界面應(yīng)力分析模型，提出了相應(yīng)的剝離破壞荷載的計(jì)算公式。對(duì)比分析表明，本文所建議的計(jì)算公式優(yōu)于現(xiàn)有文獻(xiàn)公式，與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。本文主要的研究成果有： (1)外貼CFRP片材(含布、板)抗彎加固足尺梁的試驗(yàn)結(jié)果表明：負(fù)載加固梁中FRP的名義拉應(yīng)變(即滯后應(yīng)變與實(shí)際應(yīng)變之和)、受拉鋼筋的平均拉應(yīng)變和混凝土的平均壓應(yīng)變沿截面高度仍能滿足平截面假定；端部設(shè)置U型FRP箍能有效降

3、低片材端部界面應(yīng)力集中的程度；鋼筋屈服后裂縫處FRP拉應(yīng)變的突然增大是導(dǎo)致該處FRP剝離的主要原因。 (2)基于現(xiàn)有方法計(jì)算誤差波動(dòng)較大的情形，系統(tǒng)考慮加固時(shí)原梁不同負(fù)載狀態(tài)及混凝土非線性特征的影響，建立了負(fù)載加固梁中FRP滯后應(yīng)變的計(jì)算方法。根據(jù)C語(yǔ)言編程的非線性全過(guò)程數(shù)值分析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果，推導(dǎo)出了FRP加固負(fù)載梁截面彎矩特征值的計(jì)算公式，并系統(tǒng)分析了加固時(shí)負(fù)載狀態(tài)對(duì)抗彎性能的影響。 (3)以膠層剪切滑移變形為基本參

4、數(shù)，系統(tǒng)考慮混凝土梁、FRP及膠層性能對(duì)界面應(yīng)力的影響，建立了彈性工作狀態(tài)加固梁界面應(yīng)力分析模型；定量分析了片材端部到支座的距離、粘結(jié)膠層和加固片材的彈性模量及厚度等參數(shù)對(duì)片材端部界面應(yīng)力集中程度的影響。結(jié)合負(fù)載加固梁的截面變形特征，又進(jìn)一步提出了負(fù)載加固梁片材端部及相鄰穩(wěn)定裂縫間界面應(yīng)力的計(jì)算方法，具體給出了各種荷載類(lèi)型作用下的計(jì)算表達(dá)式。同時(shí)，對(duì)預(yù)應(yīng)力FRP加固梁在預(yù)應(yīng)力放張以及在預(yù)應(yīng)力和外載共同作用時(shí)的界面應(yīng)力分布進(jìn)行了理論研究。

5、計(jì)算結(jié)果與有限元分析及試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。 (4)在深入探討FRP加固梁早期剝離機(jī)理的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有剝離荷載計(jì)算模型多以無(wú)初載加固梁為研究對(duì)象的現(xiàn)狀，將剝離破壞時(shí)界面應(yīng)力峰值與加固時(shí)的初始彎矩結(jié)合起來(lái)，分別建立了負(fù)載加固梁發(fā)生片材端部混凝土保護(hù)層剝離和彎曲主裂縫處FRP剝離破壞時(shí)的剝離荷載計(jì)算公式。通過(guò)國(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析表明，本文公式與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，且簡(jiǎn)捷實(shí)用，尤其適合工程實(shí)際應(yīng)用。 (5)提出了FRP抗彎