FRP——混凝土界面粘结损伤的有限元分析

在损伤力学理论基础上,对FRP-混凝土界面剥离破坏进行损伤分析,基于现有的粘结滑移本构模型,建立界面损伤滑移模型,获得了不同粘结滑移本构关系的损伤滑移曲线,同时利用所得损伤滑移曲线,建立有限元分析模型,分析了粘结面剥离损伤破坏特征,验证了损伤滑移本构关系的正确性和可用性.     

考虑双重界面滑移的钢套筒植筋系统受力机理有限元分析

为研究包含双重界面滑移的植筋系统受力机理,对钢套筒植筋系统进行考虑粘结滑移的非线性有限元分析。在钢套筒植筋系统中,由于钢筋和钢套筒均为钢材,材料性能类似,使得植筋胶与钢筋、植筋胶与钢套筒的粘结性能类似,因此胶筋界面和胶筒界面应有相类似的粘结滑移本构关系。利用钢套筒植筋试验研究得到包含胶筋和胶筒两个界面滑移的粘结滑移本构关系,采用均分方法得到钢套筒植筋系统的胶筋界面和胶筒界面独立分离的粘结滑移本构关系,在此基础上对钢套筒植筋系统进行考虑粘结滑移的ANSYS有限元分析。根据有限元分析结果,证明所建立的两个界面的粘结滑移本构关系合理。了解钢套筒植筋系统的粘结滑移受力机理,为进一步认识自由拉拔植筋系统的粘结滑移受力机理提供了基础。     

FRP-混凝土界面粘结滑移关系研究

FRP-混凝土界面粘结-滑移模型可从两个角度进行分析,即"粘结强度模型"和"粘结-滑移本构模型"。"粘结强度模型"是从整体角度描述FRP-混凝土粘结性能,而"粘结-滑移本构模型"是从局部的角度(即局部的粘结本构模型)来描述FRP-混凝土的粘结性能。介绍了国内外各种"粘结-滑移本构关系"模型,为FRP加固混凝土结构的分析和应用提供依据。     

自由拉拔植筋系统的粘结滑移受力机理分析

自由拉拔植筋系统破坏时发生复杂的混合界面拔出型破坏,为了研究其粘结滑移受力机理,对该植筋系统进行了考虑粘结滑移的非线性有限元分析.根据植筋自由拉拔试验结果,建立了混合界面的粘结滑移本构关系.该本构关系考虑了有效锚固深度、钻孔直径和植筋胶等植筋参数对混合界面粘结强度和滑移的影响,全面反映了混合界面的粘结滑移性能.并进一步采用该粘结滑移本构关系,代入特定的植筋试验参数,对自由拉拔植筋系统进行了考虑粘结滑移的ANSYS有限元分析.根据有限元分析结果与试验结果的对比,证明了所建立的混合界面的粘结滑移本构关系是合理的,认识了自由拉拔植筋系统的粘结滑移受力机理并建立了相应的承载机理简化模型,认识了自由拉拔植筋系统的裂缝分布及发展规律,并进一步建立了针对自由拉拔植筋系统的承载能力极限状态设计计算公式和正常使用极限状态验算公式.     

混凝土植筋界面结合机理试验研究

针对两种品种的胶和两种粘结长度进行了混凝土植筋试件的约束拉拔试验。所有试件均发生了钢筋与胶体之间的界面破坏,与试验预期目标一致。但部分试件出现了钢筋屈服现象,说明植筋粘结长度过长。试验结果表明,钢筋-胶体界面结合力与滑移的关系可以简化为三阶段模型:粘结阶段、滑移阶段、拔出阶段。粘结阶段为线弹性段,界面结合力以化学粘结力为主,其特征是钢筋自由端位移为零。滑移阶段为抛物线段,界面结合力以机械啮合力为主。拔出阶段为下降段,界面结合力以摩擦力为主。通过对试验结果的回归分析可得到钢筋-胶体界面粘结滑移本构关系。     

钢桥面铺装层间界面力学特性研究

以钢桥面环氧沥青混凝土铺装为研究对象,采用剪切试验测定了混凝土与钢板间剪切—滑移曲线,建立了层间界面的粘结滑移本构关系,为探求钢桥面铺装结构受力规律及铺装材料设计提供了参考。     

外贴纤维与混凝土结合面的粘结滑移关系

本文在外贴纤维复合材料(FRP)与混凝土结合面双剪试验中,采用电子散斑干涉技术(ESPI)对FRP-混凝土结合面的变形场进行了测试,重点研究了结合面的粘结滑移关系。试验结果表明,FRP-混凝土结合面的粘结滑移关系曲线的发展过程由非线性上升段和不稳定下降段两部分组成,峰值应力与混凝土强度有关,达到应力峰值时的滑移和极限滑移受混凝土强度和FRP的形式(板或布)等的影响不大。通过结合面滑移刚度衰减规律的分析,本文提出了FRP-混凝土结合面粘结滑移本构关系的基本模式,该模式基于FRP-混凝土结合面的初始(弹性)滑移刚度,力学概念明确。     

表面跨缝贴FRP布—混凝土界面粘结—滑移机理试验研究

本文通过在混凝土表面跨缝贴FRP(纤维增强复合材料)布的双剪试验,重点研究了表面跨缝贴FRP布-混凝土界面粘结-滑移机理。试验结果表明,初始裂缝对其附近的FRP-混凝土界面粘结-滑移关系有明显影响,且初始裂缝深度越大,影响越明显。通过对试验数据的拟合及大量试算,本文提出了在无初始裂缝前提下及有初始裂缝前提下都能运用的FRP-混凝土界面粘结-滑移本构模型,该模型包括初始裂缝深度、界面上的点到初始裂缝的距离等参数。     

型钢混凝土粘结滑移性能试验研究

通过淹钢混凝土标准推出试验(push-outtest),对型钢混凝土粘结滑移受力机理、粘结强度和粘结滑移本构关系等关键问题进行研究。采用正交试验法设计16个标准推出试件,主要研究混凝土强度等级、型钢埋置长度、横向配箍率和型钢的混凝土保护层厚度等四个主要因素对粘结滑移性能的影响,考察型钢翼缘外侧、翼缘内侧及腹板与混凝土粘结性能。并设计4个对比推出试件,单独考察型钢翼缘外侧对粘结作用的贡献。试验研究结果表明,在荷载上升阶段和荷载下降阶段内部型钢应变分别呈指数分布和线形分布;在型钢翼缘外侧、翼缘内侧和腹板等不同部位,界面内部滑移具有相近分布规律;在荷载下降阶段,型钢翼缘外侧相对翼缘内侧及腹板对总体粘结作用贡献更大。根据所有试件的加载端和自由端的荷载-滑移曲线试验结果,统计回归出型钢混凝土特征粘结强度和特征滑移值计算公式,并提出型钢混凝土平均粘结应力-加载端滑移本构关系的数学模型(-τSL模型)。     

BFRP筋与混凝土的粘结-滑移本构关系

为研究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋与混凝土的粘结-滑移本构关系,探讨BFRP筋与混凝土的受力过程,对16组共96个不同参数的粘结试件进行拉拔试验,每组选取1个试验结果,得到试件的粘结-滑移曲线.将BFRP筋与混凝土的粘结-滑移曲线细分为微滑移阶段、滑移阶段、下降阶段和残余应力阶段共4个阶段.基于试验结果,在已有的粘结-滑移本构模型基础上进行改进,建立了适用于BFRP筋与混凝土粘结-滑移本构关系的理论模型.研究结果表明:微滑移阶段粘结-滑移曲线近似于直线上升,滑移阶段粘结-滑移曲线逐渐偏离直线呈非线性上升,下降阶段粘结-滑移曲线近似于线性下降,残余应力阶段粘结-滑移曲线近似于周期性递减的正弦函数；该模型与试验结果吻合良好,能较好地反映BFRP筋与混凝土之间的受力过程,可为今后BFRP筋与混凝土锚固性能的理论分析和工程应用提供参考.     

Evaluation of debonding failure of reinforced concrete girders strengthened in flexure with FRP laminates using finite element modeling

The use of Fiber-Reinforced Polymer (FRP) materials dates back to the early 1940s when they were used in aerospace and naval applications. During the 1970s and early 1980s, FRP started being used in civil engineering applications for new construction, but more importantly for repair and strengthening of existing structures. However, experimental research showed that the typical failure mode of reinforced concrete (RC) structures strengthened with FRP composite materials is due to the debonding that occurs at the interface between concrete and FRP. The bond between FRP and concrete is therefore the key factor controlling the behavior of these structures since it limits the full use of the FRP strength. The paper evaluates the effect of the debonding failure on the response of FRP-strengthened RC beams. A nonlinear RC beam element with bond-slip between the concrete and the FRP laminates is developed and used to analyze several test specimens and to investigate their corresponding failure mode. The model was also used to study the reduction factor of FRP tensile strength of simply supported strengthened RC girders due to debonding failure. This reduction factor proved to be affected by several parameters: (a) the bond strength between FRP and concrete interface; (b) the concrete strength; (c) the thickness of FRP; (d) the modulus of FRP; (e) the width of FRP laminate; and (f) the development length of the FRP sheet. A large number of beam specimens were analyzed in order to conduct a thorough evaluation of debonding failure of RC beams strengthened with FRP laminates. Based on these studies, new equations that account for the aforementioned parameters were proposed to address the reduction in FRP strength due to debonding failure.     

FRP片材加固混凝土结构黏结界面损伤分析

FRP(纤维增强复合材料)片材与混凝土界面的黏结性能是黏贴FRP片材加同混凝土结构中的关键问题.从损伤力学的角度出发,定义了FRP片材加固混凝土结构黏结滑移中的损伤变量,建立了界面黏结滑移的损伤模型,推导了损伤-滑移本构方程,分析了FRP加固混凝土结构黏结滑移破坏的损伤机理.     

混凝土梁外贴FRP抗剪加固承载力计算

剥离破坏是外贴FRP片材加固混凝土梁主要的破坏形式。回顾了对外贴FRP混凝土梁的试验研究、有限元分析和国内外现有的受剪剥离承载力计算公式。讨论了斜裂缝宽度分布规律,建立了FRP滑移分布模型,在此基础上分析了受剪剥离破坏时FRP的应力分布,讨论了FRP抗剪贡献与粘结长度、粘结方式等参数之间的关系。提出了受剪剥离承载力计算公式,与大量试验结果的对比表明,给出的设计建议公式与试验结果吻合良好,可供设计应用参考。     

Short and long-term bond performance of prestressed FRP sheet anchorages

This paper discusses experimental results of the short and long-term behavior of the anchorage zones of externally bonded prestressed fiber reinforced polymer (FRP) sheets. An experimental program was conducted to investigate seven beams bonded with prestressed FRP sheets including anchored or unanchored FRP sheet ends. Using different layers of FRP sheet, the prestress level of FRP sheets varied from 20% to 40% of the guaranteed tensile strength. The experimental observation was conducted in an outdoor environment and lasted about twenty months when temperatures were in the 7–30 ^°C range. This study provides significant data on the development of the effective bonding lengths, as well as the initiation and propagation of debonding along the FRP-concrete interface due to creep effect of the adhesive layer. Although adhesive creep leads to debonding propagation at higher shear stress, this creep is favored at low shear stress because it increases the effective bond length which improves the bond capacity of FRP-concrete interface and prevents premature failure of the anchorages. The effective bonding length was found to increase to 50% due to creep of the adhesive layer. The anchored end of the FRP sheets using steel plates and anchor bolts is an effective solution to enhance the bond capacity of FRP-concrete interface for short and long-term loading.     

FRP-混凝土界面的剥离分析

本文简单介绍了FRP及其在土木工程中的应用,重点分析了FRP-混凝土界面的剥离现象,首先回顾了剥离破坏的几种常见类型,接着分析了界面的受力情况和剥离破坏的原因,最后探讨了FRP粘结长度和粘结层厚度对剥离破坏的影响。     

FRP加强修复金属结构研究概述

近年来,FRP(Fibre Reinforced Polymer)用于加强修复钢结构及铝合金结构取得了较多应用。本文首先总结回顾了钢结构、混凝土结构与FRP粘贴连接节点界面应力的弹性分析方法,然后总结了考虑胶水塑性变形的粘结-滑移分析及不同的强度设计准则。文中还总结了不同受力形式下,钢或铝合金与FRP组合结构构件的受力性能,包括受拉、受弯、受压等工况。已有的试验及有限元方法主要分析了FRP和胶水的材料性质、FRP粘贴位置和范围、胶水层厚度等因素对组合构件的强度和破坏模式的影响,并依据试验结果和理论分析,提出了有效粘贴长度的概念。简要回顾了FRP加固后钢结构或铝合金结构的疲劳性能,以及航空领域和相关领域的研究情况。最后提出了FRP用于加固金属结构的几点待研究或完善的问题。     

Bond behaviour of FRP-to-clay brick masonry joints

The out-of-plane bending and in-plane shear response of unreinforced modern clay brick masonry walls retrofitted with fibre-reinforced polymer (FRP) strips is often governed by debonding failure mechanisms. Hence, it is necessary to quantify the fundamental interface bond–slip model, which describes the debonding behaviour of the FRP-to-masonry interface. This paper presents the results of a series of 29 pull tests investigating the use of externally bonded (EB) and near surface mounted (NSM) retrofitting techniques. Test variables included: surface preparation; geometric properties; location of FRP (relative to perpend joints and cores); bonding agent of bed joints (mortar and quick drying paste); bonding method for glass fibre sheets (plate bonding and dry lay-up); and FRP material. A discussion of the test results and preliminary practical recommendations are also provided. A model used to predict the intermediate crack debonding resistance was verified against the test data. The model is generic in that it is applicable to both the EB and NSM retrofitting techniques. This generic model was shown to give very good ultimate strength predictions for the series of 29 pull tests conducted as part of this research.     

FRP与砌体节点的粘结性能

用FRP加固的无筋砌体墙的面外弯曲和面内剪切性能经常受剥离破坏机理的控制。因而,需要定量确定基本的界面粘结滑移模型,这个模型能够描述FRP与砖砌体粘结界面性能。给出了29个采用外包和嵌入式加固FRP的拔出试验结果,试验变量包括:表面处理方式,几何尺寸,FRP(相对于节点和核心的)位置,基础节点的砌筑方法(砂浆快速干砌),玻璃纤维布的粘结方式,FRP种类。讨论了试验结果,初步给出了实际应用的建议。通过试验数据验证预测界面开裂剥离抗力的模型。该模型在外包和嵌入式加固技术应用中具有普遍的意义。这个一般性模型对所研究的29个拔出试验的极限强度具有很高的预测精度。     

基于不同黏结材的CFRP链-混凝土#br# 界面黏结性能试验研究

为研究碳纤维增强复合链(CFRP Strand Sheet)与混凝土的界面黏结性能,共制作8组共24个试件并进行拉伸双剪试验,观测各组试件的破坏形态和应变分布规律,分析CFRP链与混凝土界面的黏结破坏机理,研究不同黏结材的力学性能和CFRP链加固层数对CFRP链 混凝土界面的剪切应力传递和黏结性能的影响。研究结果表明：CFRP链与混凝土的双剪试件均为表层混凝土的剪切破坏,随着CFRP链加固层数的增加,试件的剥离承载力增大,而CFRP链最大应变和界面断裂能均减小;当采用环氧树脂(EP)为黏结材时,CFRP链的材料利用率较大,而采用聚合物水泥砂浆(PCM)为黏结材时,虽单层CFRP链与混凝土界面间具有较优的抵抗剥离能力,但双层加固时,CFRP链的材料利用率却大幅降低。基于现有FRP片材 混凝土的双线性黏结滑移模型,并考虑CFRP链加固层数和黏结材力学性能的影响,建立了相应的界面黏结-滑移模型。