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GFRP与FRCC粘结-滑移分析及其非局部性能研究

李秋香  
【摘要】:玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称GFRP),其具高强轻质、耐腐蚀、抗疲劳、非电磁性等优良特性,在土木行业中应用前景广阔。钢纤维增强水泥基材料(Fiber Reinforced Cementitious Composites,简称FRCC)凭借其优良的抗拉、抗裂性能、韧性与耐久性,有效地弥补了传统混凝土的脆性缺陷。GFRP加筋FRCC结构,可改善传统混凝土结构的安全性和耐久性,延长结构使用寿命。GFRP筋与FRCC的粘结性能是保证两者能够协同作用,完成构件正常使用的关键。迄今为止,国内外对纤维增强复合筋(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP筋)与混凝土粘结作用的研究较为广泛,成果存在差异。若将这些理论直接套用在GFRP加筋FRCC结构中,则未免存有偏颇。再者,现有粘结-滑移侧重于局部特性的分析,理论分析的结果和实际往往存在差异。而大量的非局部理论研究结果表明接触问题存在非局部效应。为此,本文开展了GFRP与FRCC非局部粘结-滑移的研究,并采用非局部弹性杆模型分析了振动波在GFRP轴向上的传播特性,主要工作内容如下:(1)通过多组GFRP筋锚固在FRCC试块的拉拔试验,对GFRP与FRCC粘结性能及其影响因素进行了讨论分析。GFRP的直径和锚固长度的增大有利于提高拉拔力,但却使得极限平均粘结应力减小;FRCC强度的提高和GFRP筋材表面处理可以有效地提高GFRP与FRCC之间的粘结性能。(2)通过多组内置应变片的拉拔试验分析,建立了GFRP与FRCC粘结-滑移关系。由锚固长度内各测点反馈的数据计算出各测点的粘结应力和相对滑移量,统计回归得到GFRP锚长内粘结应力-相对滑移曲线,其后经位置函数?(x)的修正,构建了位置函数修正的粘结-滑移关系。(3)结合试验建立的三线型粘结-滑移关系,采用非局部弹性杆模型对GFRP与FRCC的粘结-滑移进行了理论分析;求解出GFRP表面的粘结应力、GFRP与FRCC之间的相对滑移以及加载端的拉拔力等理论表达式;将理论计算出的加载端的加载-位移曲线与实验结果对比,验证了模型的合理性同时也确定了最吻合实际的非局部因子e _0a;讨论非局部因子、粘结-滑移关系中各参数等对最大拉拔力的影响,最后给出了GFRP基本锚固长度的计算式。(4)推导出无粘结和有粘结阻尼作用下GFRP杆轴向上非局部振动的波动方程,求解出GFRP锚固端为弹性、刚性、软弱边界时的位移波和应力波的表达式,并给出了相应的案例对比分析。


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