FRP约束混凝土本构关系及FRP加固混凝土梁断裂过程分析

FRP约束混凝土本构关系及FRP加固混凝土梁断裂过程分析在钢筋混凝土结构的服役过程中,由于年限、周围环境影响等原因,其结构性能出现退化。主要的表现有承载能力与刚度的降低、延性降低。

另外一方面,随着对结构安全等级认识的提高,一些按照原有规范设计的结构物已经不能适应新规范的要求。此外,结构使用用途的改变也有可能造成既有结构不能满足使用要求。

这些问题导致结构需要进行拆除重建或者加固改造。由于纤维增强复合材料具有轻质高强、耐腐蚀等优点,近年来大量应用于加固工程结构的各种构件尤其是梁、柱。

各国研究人员对FRP加固结构的性能进行了大量的实验与理论研究,取得诸多成果。本文在前人研究的基础上,重点对FRP约束混凝土的本构关系以及FRP 加固混凝土梁的断裂及FRP混凝土界面剥离过程进行了分析。

得到了以下结果：(1)修正了Lam和Teng基于设计的应力-应变关系。首先通过Jefferson的混凝土破坏面方程推导了FRP约束混凝土的强度预测模型。

该模型直接仅需混凝土单轴抗压强度以及FRP拉断应变；推导了基于损伤的应变公式。在强度与应变预测模型的基础上,提出了修正的Lam和Teng应力-应变模型。

与搜集的试验数据比较表明,对于强度模型,本文模型与Rousakis和Karabinis模型、Wu和Zhou模型与试验数据吻合最好；对于应变模型,本文模型、Wu等模型与Teng等模型与试验数据吻合最好。进一步比较表明,本文提出的修正的Lam和Teng模型能够很好地表达结构的整体行为。

本模型可用于实际构件截面的应力分析。(2)在Suzuki等以及Teng等工作

的基础上,基于受压断裂能的概念,提出了一种确定基于分析FRP约束混凝土应

力-应变关系的数值方法。

与试验结果比较表明,该方法与试验结果整体吻合良好。另外,分别对强约束小破坏应变、弱约束小破坏应变、弱约束大破坏应变三种情况研究了试件长度对FRP约束混凝土应力-应变关系的影响。

分析结果表明,对于强约束类型FRP约束混凝土,其应力-应变关系不需要考虑试件长度的影响；对于弱约束类型FRP约束混凝土,其应力-应变关系必须考虑试件长度的影响。(3)提出了一种断裂力学方法来模拟FRP加固梁的断裂与FRP-混凝土界面剥离过程。

该方法采用虚拟裂缝模型模拟混凝土的断裂过程,采用粘聚区模型模拟FRP

混凝土界面的剥离,采用应力强度因子叠加原理与权函数方法建立了整体控制方程与裂缝口张开位移协调方程。通过本课题组的试验数据验证了本方法的有效性。

另外,还对影响梁承载能力的各个因素进行了详细的研究。研究结果表明,

初始缝高比、梁高、混凝土强度等级对FRP加固混凝土梁的第一峰值荷载影响较大,FRP的厚度与高度对FRP加固混凝土梁的第二峰值荷载影响较大。

研究还表明,相对于FRP厚度,FRP的宽度对FRP加固混凝土的承载能力影响更大。