FRP加固混凝土界面抗剪性能试验及其有限元研究

摘要

在各种混凝土结构加固修复技术中，纤维补强加固混凝土技术适应现代工程的发展趋势，符合现代施工技术的要求，因而应用越来越广泛，并取得了良好的经济效益和建筑效果，是结构工程学科的重要发展方向之一。但是该结构的应用目前仍存在着一些问题，因此进行FRP-混凝土界面抗剪性能研究具有比较重要的工程应用价值。 本文首先对CFRP-混凝土界面抗剪性能进行了静荷载下的试验研究。试验共选用了三种试件：纤维混凝土试件、界面附近用纤维增强的混凝土试件和普通混凝土试件，采用双剪加载方式。通过对15个混凝土试件的试验分析，得到了CFRP与混凝土界面的剪切粘结破坏过程、特点及界面强度。三种界面试件试验结果的比较表明总体和界面附近用纤维增强混凝土的界面强度较高。 其次针对面内剪切试验，本文采用ANSYS软件，采用SOLID65单元，考虑了混凝土开裂与界面破坏的耦合影响，对界面破坏过程进行了数值模拟，并与试验结果进行了对比。 另外，聚丙烯纤维混凝土具有较好的韧性和抗冲击能力，而纤维的增韧效果决定于基体裂纹扩展过程中纤维的桥联力与裂纹张开位移的关系，因此纤维从混凝土基体中拔出过程分析对纤维混凝土的性能分析非常重要。本文提出了界面模型来模拟界面的逐渐脱粘及纤维在基体中的滑移现象，应用ANSYS软件，采用界面单元层和单元“生死”技术，解决了纤维拔出模拟过程中，由于大变形引起的网格畸变问题。考察和分析了纤维复合材料界面破坏的全过程、拔出载荷和位移的变化规律，预报了纤维复合材料的界面应力场，有限元计算结果与实验得到的载荷一位移曲线较为吻合。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1纤维增强塑料在建筑结构中的应用

1.1.1 FRP的特点

1.1.2 FRP的应用领域

1.1.3 FRP加固的破坏类型

1.2 FRP/混凝土界面性能的试验研究

1.2.1混凝土强度及粘结长度对粘结性能的影响

1.2.2环境因素对粘结强度的影响

1.2.3界面剂对FRP界面粘结性能的影响

1.3纤维混凝土

1.3.1纤维混凝土的特点

1.3.2纤维混凝土宏观性能的理论研究进展

1.3.3纤维混凝土界面破坏类型

1.3.4纤维/基体界面力学分析

1.4本论文的主要工作

第二章CFRP-混凝土界面抗剪性能试验

2.1试件

2.1.1试验材料和类型

2.1.2碳纤维布粘贴工艺

2.2试验装置、加载及测试方法

2.3抗剪试验结果及分析

2.4本章小结

第三章CFRP/混凝土界面行为有限元分析

3.1混凝土的本构关系和破坏准则

3.1.1混凝土本构关系

3.1.2混凝土的破坏准则

3.2 SOLID65单元理论基础

3.3计算模型

3.4结果与分析

3.5本章小结

第四章纤维与混凝土界面脱粘破坏有限元分析

4.1引言

4.2纤维/混凝土界面线性分析

4.2.1解析解

4.2.2数值解

4.3纤维/混凝土界面脱粘破坏分析

4.3.1界面粘结-滑移模型

4.3.2接触单元

4.3.3界面破坏判断准则及有限元实现

4.3.4计算结果与分析

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

致谢