局部未粘结FRP片材下加固梁中界面应力分析

针对混凝土材料的非线性性能,对局部未粘结FRP片材下加固梁中界面应力分布进行了有限元分析,探讨了影响界面应力的因素,并对考虑混凝土线性和非线性性能时界面应力的分布进行了比较,分析结果将进一步推进其在工程实际中的应用,可供工程设计人员参考.     

FPR-混凝土粘结界面的规律

根据试验数据,研究了FRP与混凝土粘结的非线性模型II界面规律。所提出的界面规律基于差分方程,并考虑了高剪应力下粘性剂和混凝土保护层的非线性作用。模型中的参数均在拉-拉剥离试验下校准,同时采用了不同荷载水平、不同粘结长度、沿FRP板方向的最大传递荷载与应变。通过有限粘结长度决定的最大传递荷载的估计值来确定界面规律中的断裂能,同时根据应变确定剪切-滑移关系。并通过一系列文献的试验结果验证参数优化程序。在粘结-滑移模型中采用所提出的界面定律进行数值模拟计算,得出粘结区域中FRP的应变、剪应力和滑移与试验结果很吻合。     

FPR-混凝土粘结界面的规律

根据试验数据,研究了FRP与混凝土粘结的非线性模型Ⅱ界面规律。所提出的界面规律基于差分方程,并考虑了高剪应力下粘性剂和混凝土保护层的非线性作用。模型中的参数均在拉—拉剥离试验下校准,同时采用了不同荷载水平、不同粘结长度、沿FRP板方向的最大传递荷载与应变。通过有限粘结长度决定的最大传递荷载的估计值来确定界面规律中的断裂能,同时根据应变确定剪切－滑移关系。并通过一系列文献的试验结果验证参数优化程序。在粘结－滑移模型中采用所提出的界面定律进行数值模拟计算,得出粘结区域中FRP的应变、剪应力和滑移与试验结果很吻合。     

基于有限元模拟的FRP-混凝土界面粘结-滑移机理浅析

在危旧建筑上张贴FRP材料对危旧建筑进行加固是一种可行方案。而无论是采用哪种FRP材料加固混凝土结构,FRP与混凝土界面之间粘结-滑移机理都是其理论基础。采用有限元模拟方法能对FRP与混凝土界面之间粘结-滑移机理进行进一步的探究。本文主要分析说明了有宏观裂缝和无宏观裂缝情形下的基于有限元模拟的FRP-混凝土界面粘结-滑移机理,为相关人员提供一定的参考。     

基于内聚力模型的FRP布加固混凝土梁柱子结构受力性能分析

FRP-混凝土界面力学性能是影响FRP加固结构承载力的重要因素。建立了可模拟FRP布加固结构黏结界面非线性软化力学行为的双线性内聚力单元,考虑混凝土与钢筋的材料非线性,进行了FRP布加固混凝土梁柱结构静力加载全过程有限元分析。分析了FRP布及黏结界面的应力变化、界面与结构破坏机制以及结构的承载力,与试验以及不考虑界面黏结滑移的有限元分析结果进行了比较,以验证方法的合理性,并提出了改进FRP环形箍布置方式。有限元分析结果表明：FRP布的拉应力、黏结界面应力与损伤变量等呈现节点区域大、跨中小的分布特点,剥离破坏随加载过程由节点域向跨中扩展,混凝土开裂后,FRP布与钢筋共同构成了悬链线机制;有限元分析所得结构破坏过程与试验的基本一致,揭示了黏结界面退化对FRP布加固混凝土结构受力性能的影响,所得各阶段最大荷载与试验结果的相对误差小于5%;不考虑黏结界面性能的退化与FRP布的剥离,则高估了悬链线阶段FRP布的贡献以及加固结构的承载力。黏结界面内聚力模型可为FRP布加固框架结构的受力性能分析提供参考。     

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。     

嵌入式CFRP板条-混凝土界面粘结性能的试验研究

嵌入式(NSM)加固法是FRP材料加固混凝土结构的一种新的应用形式。通过CFRP板条嵌入混凝土试块的界面单剪试验,研究粘结长度对界面粘结性能的影响。根据实测应变分布,得到沿粘结长度界面粘结应力分布,并通过计算分析,对局部粘结滑移关系进行了初步探讨。     

浅析FRP-混凝土界面粘结性能试验方法

外贴纤维增强复合材料(FRP)施工技术在加固既有混凝土结构方面应用广泛,大量工程实践表明,FRP-混凝土界面粘结性能是影响加固效果的一个重要因素。本文归纳分析了常用的5类FRP与混凝土界面粘结试验,并就其试验特点、优缺点、发展趋势进行了深入讨论。研究成果可为FRP-混凝土界面粘结性能研究提供一定试验技术支撑。     

FRP与混凝土的粘结性能研究进展

FRP与混凝土的粘结性能是外贴纤维加固混凝土结构技术的关键问题.本文介绍了近10余年来,国外学者对FRP与混凝土的粘结性能的试验和理论研究进展,着重论述了试验方法、传力机理、粘结界面破坏形式、粘结强度及影响因素、FRP应变及粘结剪应力的分布、粘结应力-滑移关系以及粘结强度计算模型等,总结以往研究成果并提出了有关建议,供实际加固工程应用参考.     

混凝土与环氧树脂粘结界面断裂性能试验研究

采用楔入劈拉试件研究环氧树脂与混凝土粘结界面的断裂性能,并引入双K断裂模型计算得到界面起裂断裂韧度与失稳断裂韧度。分析了光滑粘结面与自然断开面两种粘结界面情况下,界面破坏模式变化及界面断裂韧度的差异。界面起裂断裂韧度的提高能有效推迟裂缝的再次开裂,建议将界面起裂断裂韧度值作为注胶修复效果的参数。通过双材料界面断裂力学从理论上计算得到界面起裂韧度,并与试验值进行比较,与试验结果比较吻合。     

Modeling of Tension Stiffening Behavior in FRP‐Strengthened RC Members Based on Rigid Body Spring Networks

Abstract: Allowing for the tension stiffening effects resulting from the bond between steel reinforcement and surrounding concrete leads to effective deformation analysis of reinforced concrete (RC) members when using a nonlinear finite element analysis modeled on the smeared crack concept. Nowadays, externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) composites are widely used for strengthening existing RC structures. However, it remains unclear to what extent the tension stiffening of postcracking concrete is quantitatively influenced by the addition of FRP composites, as a result of the bond between the FRP and the concrete substrate. This article presents a discrete model, which is based on rigid body spring networks (RBSN), for investigating the tension stiffening behavior of concrete in FRP‐strengthened RC tensile members. A two‐parameter fracture energy‐based model was deployed to represent the bond‐slip behavior of the FRP‐to‐concrete interface. The reliability of the RBSN model was verified through comparisons with previous test results. Further parametric analysis indicates that the tension stiffening of concrete is hardly influenced by the addition of FRP composites before the yield of steel reinforcement has occurred although concrete crack patterns and crack widths may be influenced by the bond‐slip behavior of the FRP‐to‐concrete interface.     

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补强加固RC梁粘结破坏机理研究

根据FRP(Fiberreinforcedplastic)补强加固RC梁的试验结果,总结了FRP补强加固钢筋混凝土受弯构件早期破坏形态的过程和特点。FRP加固钢筋混凝土抗弯构件粘结界面的剪应力的分布在纤维截断点处存在较高的应力集中,随着离截断点距离的增大剪应力分布逐渐趋于均匀,粘结锚固长度不足和过高的应力集中是造成FRP加固钢筋混凝土构件早期破坏的主要原因。采用“齿”状块体力学计算模型和混凝土裂缝理论分析了FRP加固钢筋混凝土受弯构件时需要的有效锚固长度,并通过简化修正得出了FRP加固钢筋混凝土受弯构件最小锚固长度的计算公式,提出了FRP的容许应变值和避免FRP早期破坏应采取的措施,可供FRP加固工程设计和施工参考。     

纤维增强复合材料加固钢筋混凝土单向板受弯性能研究

通过纤维增强复合材料（FRP）布加固钢筋混凝土单向板的受弯性能试验,研究了FRP布种类、层数、宽度、粘贴方式和锚固措施等因素对加固效果的影响。结果表明：在板底粘贴CFRP布和高强GFRP布均可明显提高钢筋混凝土单向板的受弯承载力和纵筋屈服后刚度。当采用横向粘贴1层U形CFRP布条作为端部锚固措施时,所有加固单向板试件的破坏模式均为跨中弯曲裂缝引起的剥离破坏。当FRP布宽度和层数相同时,采用CFRP布加固效果优于高强GFRP布加固。与对比试件相比,FRP布加固钢筋混凝土单向板试件的位移延性略有降低。高强GFRP布加固钢筋混凝土单向板的位移延性优于CFRP布加固钢筋混凝土单向板。FRP布的粘贴方式对FRP加固钢筋混凝土单向板的位移延性也有影响,单层FRP布加固单向板试件的延性较好。通过对试验结果的分析,提出了FRP布加固钢筋混凝土单向板构件受弯破坏模式的判别方法,验证了已有文献和GB 50608-2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中给出的跨中弯曲裂缝引起的FRP剥离应变计算公式对FRP布加固混凝土单向板的适用性,建立了FRP布加固钢筋混凝土单向板受弯承载力计算方法。     

FRP抗剪加固钢筋混凝土梁研究综述

对纤维增强复合材料(FRP)片材抗剪加固钢筋混凝土梁的研究现状进行了回顾和总结,归纳了FRP的抗剪加固方式,包括粘贴形式和锚固方法;将影响加固效果的主要因素概括为原梁条件和加固参数两大项,并讨论了若干分项因素的影响;探讨了加固梁的抗剪机理和破坏模式,列举了各国技术标准提供的和相关文献建议的多种抗剪承载力计算方法;指出了加强FRP片材端部锚固的重要性以及有待拓广和深入的应用基础研究方向,可为后续研究提供有益的参考。     

碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁抗剪性能试验研究

为研究碳纤维增强复合(CFRP)网格和聚合物水泥砂浆(PCM)复合加固工字形截面钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能,对3个试件进行抗剪性能试验和有限元模拟,分析了CFRP网格-PCM加固RC梁的抗剪破坏机理,研究了不同加固方式对试件抗剪性能的影响。研究结果表明：采用CFRP网格-PCM对RC梁进行抗剪加固可有效抑制斜裂缝的发展,能够较大幅度提高RC梁的抗剪承载力;相比仅腹部加固的试件,腹部和腋部都加固的试件的二次刚度、极限荷载均有所提高,且CFRP网格变形减小,与混凝土界面的黏结能力增强;在有限元分析中,采用混凝土的CDP模型和Spring2弹簧单元来预测CFRP网格加固混凝土的抗剪承载力是可行的;建立了基于杆状材料有效应变的抗剪计算方法,该方法可有效预测加固RC梁的抗剪承载力,为结构加固设计提供参考。     

端部机械锚固FRP-混凝土黏结界面承载力试验研究

采用胶-机械混合锚固体系可以有效防止纤维增强复合材料 (FRP)与混凝土之间的早期剥离破坏,提高FRP材料的强度利用率。为明确端部锚固对黏结界面性能及破坏形式的影响,进行了不同锚固形式的FRP-混凝土黏结结点的单面剪切试验,对比分析了纯外贴锚固（EB）、普通混合锚固（HB）和自锁混合锚固(SLHB)三种不同端部锚固形式的锚固性能。对于HB-FRP加固方法,探究了FRP黏贴长度和机械锚固扣件施加扭矩大小对加固效果的影响。结果表明：采有EB、HB、SLHB锚固形式的FRP加固构件破坏形式分别为界面剥离、FRP滑动拉出和FRP拉断（强度利用率为1.0）;采用SLHB-FRP和HB-FRP加固方法的试件相比采用EB-FRP加固方法的加固构件在15N·m的扭矩下可以提高承载力约122.9%和56.4%,采用EB-FRP和HB-FRP加固方法试件的FRP强度利用率分别为0.448和0.702;随着扭矩的增大,采用HB-FRP加固方法的试件极限荷载也有不同程度的提升,且失效荷载与扭矩线性相关;对于自锁混合锚固形式,在15kN·m的扭矩作用下,FRP强度均能得到100%利用,失效荷载均为FRP拉断荷载,与黏结长度无关。     

节点加强后钢筋混凝土梁柱节点剪切性能的二维有限元分析

本文以研究节点加强后钢筋混凝土(RC)梁柱节点的力学特性为目的,将加强情况、主筋与混凝土的粘结特性、节点的破坏模式以及裂缝模型作为参数,对RC梁柱节点进行二维有限元(2DFEM)分析,分别考察了节点的荷载变形特性、节点变形模式、混凝土的损伤和梁主筋的应变分布。试验和2DFEM分析表明,节点加强后能防止梁主筋的粘结滑移、减少并延缓节点混凝土的损伤,使RC节点由加强前的节点剪切破坏模式转变成梁端的弯曲破坏模式,从而提高RC梁柱节点的抗剪性能和延性。