基于CZM的FRP筋混凝土界面粘結(jié)性能有限元分析.pdf

1、由于FRP筋具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于土木工程中。在使用過程中，F(xiàn)RP筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相同，二者都需要確保界面具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，從而不發(fā)生滑移破壞。國內(nèi)外學(xué)者通過對(duì)FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，最終獲得多種形式的粘結(jié)滑移本構(gòu)模型。然而，由于理論研究和試驗(yàn)條件的局限性，現(xiàn)有試驗(yàn)僅限于得到試件的極限拉拔力和平均粘結(jié)強(qiáng)度；對(duì)于現(xiàn)有的數(shù)值計(jì)算，通常將不同材料的公共節(jié)點(diǎn)進(jìn)行耦合或利用彈簧單元來模擬界面的失效破壞。然

2、而，無論是試驗(yàn)研究還是數(shù)值計(jì)算均無法對(duì)FRP筋混凝土界面滑移破壞的全過程進(jìn)行合理的分析與描述。以斷裂力學(xué)為理論基礎(chǔ)的內(nèi)聚力模型(Cohesive Zone Model)，通過界面粘結(jié)強(qiáng)度和斷裂能，可恰當(dāng)?shù)胤磻?yīng)界面粘結(jié)及分離的脆性過程。本文將以CZM模型為基礎(chǔ)，用內(nèi)聚力界面單元模擬 FRP筋混凝土界面的粘結(jié)滑移破壞過程。不僅可以對(duì)界面的粘結(jié)強(qiáng)度加以驗(yàn)證，而且可以得到FRP筋混凝土界面粘結(jié)應(yīng)力分布情況以及變化過程。
　　本研究主要內(nèi)容

3、包括：⑴對(duì)FRP筋混凝土界面粘結(jié)性能理論進(jìn)行研究。提出用于理論分析和數(shù)值計(jì)算的FRP筋混凝土雙線型粘結(jié)滑移關(guān)系模型，并且基于彈性力學(xué)理論推導(dǎo)界面粘結(jié)滑移的控制方程，能夠得到界面上任意位置處粘結(jié)應(yīng)力和滑移量的分布理論解。結(jié)果證明，雙線型模型形式簡單、參數(shù)易于確定，可以合理地描述FRP筋混凝土的界面粘結(jié)關(guān)系。⑵利用界面粘結(jié)滑移雙線性模型，對(duì)考慮粘結(jié)滑移的FRP筋混凝土拉拔試驗(yàn)及梁式試驗(yàn)進(jìn)行有限元分析。通過計(jì)算所得的極限拉拔力與試驗(yàn)結(jié)果吻合較

4、好，說明了該模型的可行性。分析了界面單元粘結(jié)應(yīng)力與滑移量隨加載的變化情況，揭示了粘結(jié)界面失效破壞的過程；以實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值分析結(jié)果為基礎(chǔ)，給出不同粘結(jié)長度情況下，F(xiàn)RP筋混凝土的界面粘結(jié)強(qiáng)度范圍以及對(duì)應(yīng)滑移量的范圍，為 FRP筋混凝土梁的分析提供理論基礎(chǔ)。⑶對(duì)考慮界面粘結(jié)滑移的FRP筋混凝土梁進(jìn)行有限元分析。結(jié)果表明，采用界面粘結(jié)強(qiáng)度的最小值進(jìn)行梁的強(qiáng)度計(jì)算，承載力與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，但由于梁的變形相對(duì)較小，界面并未發(fā)生界面滑移破壞。因此