FRP—混凝土搭接接头跨中界面剥离行为数值研究

摘要

在纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称 FRP）加固混凝土结构中，FRP与混凝土之间界面的粘结性能以及剥离破坏是最为关键的问题，对加固构件的整体性能起着决定性作用。本研究结合非线性有限元分析和FRP加固混凝土搭接接头试验研究，探讨了FRP加固混凝土构件的受弯剥离行为。在非线性有限元分析中，以弹塑性损伤模型作为混凝土本构，采用同时考虑FRP-混凝土界面三个方向的混合双线性内聚力模型作为粘结层本构，通过大型通用有限元软件 ABAQUS建立了 FRP加固混凝土搭接接头精细的有限元模型。在此基础上，本研究对FRP-混凝土搭接接头跨中抗弯界面剥离行为进行模拟仿真，并利用试验结果进行了验证和修正。最后，以试验构件为对象，利用建立的非线性有限元模型对界面粘结性能进行了参数分析。本文主要研究内容及结论有：
　　（1）基于现有针对FRP加固混凝土界面的研究，对FRP-混凝土界面的粘结滑移机理进行了分析并详细介绍了界面粘结胶层三种不同的本构模型，系统归纳了已有的界面粘结滑移模型、抗弯剥离荷载设计方法和界面剥离承载力模型。其中双曲线模型、双线性模型和抛物线模型是常用的界面粘结滑移本构模型，本文则采用具有良好精度且易于在有限元实现的双线性模型。从界面剥离承载力模型中得出：混凝土强度、FRP弹性模量、宽度比、FRP粘贴长度及粘结胶层的性能是影响界面粘结性能的主要因素。
　　（2）基于内聚力单元为基础的混合双线性内聚力模型建立了FRP加固混凝土搭接接头三维非线性有限元模型。有限元结果与试验结果的荷载挠度曲线吻合良好，FRP纵向应变分布也基本一致。而且有限元模型详细分析了胶层界面应力的分布规律。有限元模型中FRP-混凝土搭接接头构件由跨中未加固端开始发生剥离破坏，然后不均匀地逐渐向FRP自由端扩展，这与试验观察到的现象是一致的。有限元结果与试验得到的开裂荷载偏差为18.80％，有限元结果与试验得到的剥离破坏荷载误差为6.90%。这说明了本文的模型具有较好精度，结果是可靠有效的。
　　（3）基于上述已通过验证的三维数值模型，探讨损伤演化B-K法则中α参数、胶层弹性模量以及不同U型FRP加固方式等参数对FRP加固混凝土搭接接头加固效果的影响。结果表明：B-K法则中当α=1.3时得到的有限元结果与试验结果最为吻合；普通胶层弹性模量对构件极限承载力及界面粘结强度基本不产生影响，主要影响构件的挠度和界面的相对滑移量；U型FRP加固量主要影响界面剥离发生的时间及剥离破坏荷载，对粘结胶层界面的粘结滑移关系曲线的影响基本可以忽略不计。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状与分析

1.3 FRP加固混凝土梁抗弯剥离存在的问题

1.4 本文主要研究内容

第二章 FRP-混凝土界面粘结滑移机理研究

2.1 引言

2.2 FRP加固混凝土小梁结构的粘结机理

2.3 界面断裂能

2.4 界面剥离承载力模型

2.5 三种常用的界面粘结滑移本构

2.6 粘结胶层的本构模型

2.7 本章小结

第三章 CFRP加固混凝土小梁非线性有限元模型建立

3.1 引言

3.2 ABAQUS有限元软件简介

3.3 材料的本构关系

3.4 单元类型选择

3.5 FRP-混凝土搭接接头有限元模型的基本假定

3.6 CFRP加固混凝土小梁非线性有限元分析建立

3.7 本章小结

第四章 非线性有限元分析和试验验证

4.1 引言

4.2 CFRP加固混凝土小梁的有限元模型精度验证

4.3 CFRP加固混凝土小梁界面应力分布

4.4 本章小结

第五章 受弯加固界面参数分析

5.1 引言

5.2 损伤演化B-K法则中α参数对CFRP-混凝土小梁的影响

5.3 胶层弹性模量对CFRP-混凝土小梁的影响

5.4 不同加固方式对CFRP-混凝土小梁的影响

5.5 本章小结

结论和展望

结论

展望

参考文献

攻读学位期间发表文章和参加课题

声明

致谢