FRP加固鋼筋混凝土梁-板的逐漸破壞和承載能力研究.pdf

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中由于種種原因常常出現(xiàn)承載能力不足的問題。為了提高承載能力，在許多情況下對原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固比新建更加合理，如果采用簡便可靠的加固方法將會十分有效。因此，用纖維增強(qiáng)塑料（Fiber-reinforced plastic/polymer，F(xiàn)RP）加固混凝土結(jié)構(gòu)的方法得到了廣泛應(yīng)用，同時進(jìn)行了大量研究。FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)承載能力的提高，取決于纖維布的粘接強(qiáng)度，所以除試驗之外，有必要用適當(dāng)?shù)姆治瞿Ｐ秃蛿?shù)值方法，深入研究粘接

2、層的破壞、粘接層對于FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)承載能力的影響和作用機(jī)理以及提高加固效果的途徑。為此，本文基于高階剪切模型建立相應(yīng)的FRP混凝土單元和程序，用非線性有限元法分析FRP受彎加固鋼筋混凝土梁和板的承載能力、失效過程和纖維增強(qiáng)及預(yù)應(yīng)力的影響，并進(jìn)行了FRP粘接特性試驗。主要工作如下：
　　 (1)用FRP與混凝土的粘接層（稱為膠層）模擬粘接剪切效應(yīng)和失效行為，在膠層只受橫向剪切，纖維布只受薄膜應(yīng)力和經(jīng)典梁、板假設(shè)下，參考Rab

3、inovitch等人關(guān)于梁的研究，提出了一個簡化的高階剪切FRP加固鋼筋混凝土板模型，根據(jù)這一模型建立了虛功形式的控制方程及有限元增量表達(dá)式。
　　 (2)基于上述模型，采用改進(jìn)的Darwin-Pecknold混凝土非線性本構(gòu)關(guān)系，建立了一個四結(jié)點28個自由度FRP加固混凝土矩形板單元。如果采用單向應(yīng)力本構(gòu)關(guān)系，該單元也適用于梁。將梁和板分為若干層，以模擬沿厚度的破壞情況。
　　 利用該單元編寫了FRP加固混凝土梁的非線

4、性分析有限元程序(Fortran,約4800條)，并用于FRP加固混凝土梁的破壞過程和承載能力分析。算例表明，混凝土梁下表面中部受拉區(qū)在較低載荷下首先破壞，引起FRP的跨中分層，并向端部擴(kuò)展，另一方面端部膠層剪切破壞產(chǎn)生的FRP端部分層，兩者匯合，使FRP剝離失效和梁總體破壞，這一過程是FRP加固梁的主要破壞形式。計算結(jié)果與已有的試驗結(jié)果符合很好，比Rabinovitch等人的解精度更高。討論了粘接特性、FRP厚度和梁的初始破壞程度等參

5、數(shù)的影響。
　　 (3)對于FRP加固纖維增強(qiáng)混凝土梁進(jìn)行承載能力有限元分析，結(jié)果表明，三種纖維分布方式下，與普通FRP混凝土梁比較，承載能力均有較大提高，討論了纖維增強(qiáng)與FRP的相互作用，及添加纖維位置的影響。
　　 (4)對于預(yù)應(yīng)力FRP加固混凝土梁的承載能力分析表明，預(yù)應(yīng)力可以有效地改善粘結(jié)區(qū)混凝土的受拉破壞行為，降低膠層應(yīng)力，推遲破壞，提高加固效果。
　　 (5)目前有關(guān)FRP加固混凝土板的研究，無論是試

6、驗研究、理論分析還是數(shù)值模擬都很少。本文采用高階剪切模型和自編有限元程序，分析了FRP加固混凝土板的逐漸破壞過程和承載能力，對于Darwin-Pecknold本構(gòu)關(guān)系在用于接近單向受壓狀態(tài)時出現(xiàn)的問題加以改進(jìn)。計算結(jié)果與Liman等人的FRP加固板的試驗結(jié)果符合良好，進(jìn)一步證明本文模型和方法對于分析FRP加固混凝土板的有效性。算例表明，經(jīng)過FRP修補(bǔ)的雙向混凝土板的承載能力可以提高114％（與FRP和板的參數(shù)有關(guān)），與梁相比，板的FRP