基于有限断裂力学的FRP-混凝土界面粘结强度研究

摘要

纤维增强复合材料（fiber reinforced polymer，简称FRP）作为一种新型的建筑材料，由于其具有较高的强重比和刚重比、良好的耐久性、施工便捷等特点，受到建筑工程领域的广泛关注。从FRP加固结构的破坏模式来看，发生FRP与加固材料的界面剥离是常见的破坏形式，FRP加固效果与界面粘结性能有着密切的关系。因此在研究 FRP-混凝土结构中，FRP与混凝界面粘结性能成为研究的重要课题。本文通过实验的方法对影响FRP-混凝土界面粘结性能的各种因素开展研究和对比，并用新近的力学理论模型加以分析，以期在不增加材料成本和施工难度的前提下充分挖掘 FRP的优越性能。
　　设计了24个外贴FRP的混凝土单剪试验，以CFRP板材与混凝土的粘结界面作为研究对象,考查了混凝土强度等级、粘结长度、板材厚度、粘接剂厚度以及种类对粘结性能的影响，为 FRP加固混凝土构件的研究和设计提供了实验依据，主要的研究工作如下：
　　1)采用了一套自主研发的单剪试验装置，研究了各种控制参数影响下的极限荷载、平均粘结应力及试件的破坏形态，尤其针对混凝土强度、胶层厚度及种类三者对FRP-混凝土界面应变的分布、界面应力的传递、界面滑移的演变规律以及界面粘结—滑移机理的共同影响进行了深入探讨和分析。
　　2)实验材料制备这一环节突破性的使用了VARI工艺（真空辅助树脂灌注）制作CFRP板材，在制作的初期不断总结经验对当中的某些流程和工艺提出改善措施，成型后的CFRP板材无论外观还是机械性能完全符合要求。
　　3)引入了一类新的失效准则，该准则基于有限断裂力学框架来表征准脆性材料的失效，假定裂缝扩展的有限距离假设为结构参数而非材料参数，其值由能量与应力（应变）相匹配条件确定，在该准则的基础上建立了FRP-混凝土界面的有限断裂力学模型，利用MATLAB编程计算得到该模型下试件的理论极限荷载值、裂纹扩展的有限长度及界面的有效粘接长度，与实验值相对比验证了有限断裂力学模型对于精确预测FRP-混凝土界面粘结强度的有效性。

目录

声明

主要符号说明

第一章 绪论

1.1 FRP材料在混凝土加固中的应用

1.2 FRP-混凝土界面粘结性能研究现状

1.3 有限断裂力学简介

1.4本文研究目的和内容

第二章 实验与测试方案及试件制作

2.1 引言

2.2 实验方案设计

2.3 实验材料

2.4 实验制备和方法

2.5 本章小结

第三章 试验结果及初步分析

3.1 引言

3.2 试件破坏形态和试验结果分析

3.3 CFRP板的应变分布规律及影响因素

3.4 各类控制参数对极限承载能力的影响

3.5 本章小结

第四章 界面粘结强度模型

4.1 引言

4.2 有限断裂力学强度模型

4.3 CFRP-混凝土界面粘贴滑移本构关系

4.4有限断裂力学模型求解及验证

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢