表面构造对GFRP筋粘结性能的影响研究

摘要

钢筋混凝土结构具有造价低廉、受力性能好等优点，但当其处于桥梁、路面、水工结构、码头工程中的侵蚀环境时，钢筋锈蚀就会严重影响结构的安全性和耐久性。为了解决这一锈蚀问题，采用新材料替代钢筋是很有必要的。纤维增强复合材料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、密度小等优点，可以很好的替代钢筋应用到实际工程中。目前，各类型的商业中出现了许多不同表面构造的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋，但国内外关于表面构造对GFRP筋粘结性能的影响研究较粗略，有待细化。因此，开展表面构造对GFRP筋粘结性能的影响研究具有非常重要意义。本文采用ANSYS仿真分析的手段，建立了GFRP筋与混凝土的拉拔模型，其中的GFRP筋采用不同的表面构造，并对其粘结性能进行了较为深入的分析，具体内容如下：
　　(1)介绍了FRP筋的组成、不同的表面构造及其成型方法与目的、力学性能、以及FRP筋的研究现状。
　　(2)在已有研究的基础上总结了FRP筋混凝土粘结性能研究现状以及国内外学者已建立的几种FRP筋本构关系模型，分析了FRP筋与混凝土之间的粘结力及其工作原理，并列出了影响FRP筋的粘结强度的因素。
　　(3)介绍了有限单元法基础理论及本文运用的ANSYS有限元软件，通过定义材料参数，选取合理的单元类型，建立了本文所要分析的GFRP筋混凝土的拉拔有限元模型，分别对不同表面构造GFRP与混凝土进行仿真模拟，对各个构件的混凝土的应力、GFRP筋的应力应变、粘结应力和滑移以及裂缝分布等进行了对比分析，从而来研究不同表面构造对GFRP筋粘结性能的影响。为了验证了此有限元分析软件进行数值模拟的准确性和适用性，本文结合已有的试验，建立了对应参数的有限元模型，从模型结果对试验结果进行对比，其仿真模拟分析结果与试验研究结果具有较好的一致性。
　　(4)在国内外对GFRP筋粘结锚固长度研究的基础上，根据本文有限元分析计算的结果提出了不同表面构造GFRP筋的锚固长度设计建议。论文涉及的内容为在实际工程中应用GFRP筋提供了一定的参考价值。