FRP-混凝土界面行为研究

【摘要】：FRP-混凝土之间的界面力学行为及剥离破坏是FRP 加固混凝土技术应用的关键基础问题,也是难点问题。本文对FRP-混凝土界面的三种主要剥离破坏形式:面内剪切剥离、受弯加固剥离和受剪加固剥离进行了系统的研究,提出了相应的数值计算模型,深入分析并揭示了FRP-混凝土的界面剥离破坏机理。基于对界面剥离破坏机理的充分认识,根据数值分析结果和试验结果,建立了界面粘结-滑移本构模型及受弯加固和受剪加固的剥离承载力的计算模型,并进一步提出了实用简化设计公式。与所收集的大量试验结果对比计算表明,本文的建议对FRP-混凝土界面行为模拟更为合理,所建议的设计公式优于现有文献公式,为安全、经济、合理地应用FRP 加固混凝土结构技术提供了设计理论和方法。本文的主要研究工作和创新成果有: (1) 首先针对面内剪切试验,采用所建议的混凝土非共轴转动裂缝模型,对FRP-混凝土界面行为进行了初步分析。为使数值分析更为稳定可靠,又进一步提出了精细单元有限元模型,深入研究了FRP-混凝土界面行为。并基于数值分析结果,提出了FRP-混凝土界面粘结-滑移本构模型及剥离承载力计算公式,与大量试验结果对比吻合良好; (2) 基于精细单元有限元模型分析,得到了受弯加固剥离中的界面粘结-滑移关系,并提出了考虑裂缝宽度的双剥离破坏准则。利用无网格法,将传统混凝土有限元分析中的弥散裂缝模型和分离裂缝模型结合起来,提出了基于无网格法的组合裂缝模型,验证了双剥离破坏准则的正确性; (3) 基于以上界面粘结-滑移关系和双剥离破坏准则,开发了相应的界面单元模型,使得受弯剥离可以通过普通钢筋混凝土有限元程序加以模拟。与大量试验对比表明,分析结果和试验结果吻合良好。在此基础上,根据有限元分析得到的界面粘结应力分布并加以简化处理,得到受弯剥离承载力的实用计算公式,与大量试验结果对比表明,计算结果与试验吻合良好,且过程简便; (4) 根据受剪加固剥离问题的有限元分析和试验分析,讨论了FRP 应力分布和斜裂缝宽度的关系,根据典型斜裂缝宽度分布规律和粘贴加固方式,提出了8种不同的受剪剥离简化计算模型,并讨论了受剪剥离的机理。基于最不利斜裂缝模型的分析结果,提出了受剪剥离承载力的计算公式。与大量试验结果对比吻合良好;