CFRP加固钢筋混凝土梁界面剥离性能数值分析

摘要

纤维增强复合材料（FRP）从生产至应用，已历经几十年，目前成为加固工程中的热门材料。国内外学者对其性能进行全面的试验及理论推导，得到大量数据与结论，其中加固承载力及可靠性一直是研究的重点。虽然已有大量试验与理论推导，但相应的数值计算分析尚不多见，目前的数值计算模型中均忽略了混凝土开裂及裂缝扩展对FRP应力、应变的影响，从而无法实现裂缝引起FRP剥离破坏的数值计算分析。为此，有必要研究建立带裂缝的混凝土加固梁新模型，根据混凝土的开裂程度，分析裂缝周围混凝土与FRP界面滑移量，以及裂缝附近FRP应变，从而得到混凝土开裂对界面剥离破坏的影响。
　　本文主要工作及结论如下:
　　1.对CFRP加固跨中带裂缝混凝土梁模型进行了理论加载过程分析，并进行有限元数值模拟，分别采用不同初始裂缝长度及不同FRP与混凝土节点处理方式进行受力性能的对比。对于加固跨中带裂缝混凝土梁来说，理论分析时可将加载过程可分为四个阶段，根据裂缝发展的不同状态，进行每阶段的受力分析。通过与文献中试验值对比，可判断该法受力分析合理。
　　2.利用ANSYS模拟FRP加固跨中带裂缝混凝土梁，计算结果相对准确，亦可以用于模拟FRP加固钢筋混凝土梁模型中。不同初始裂缝长度将影响裂缝尖端张开量，及FRP布的应变最大值，对于添加弹簧单元模拟节点间粘结滑移的模型而言，亦会影响到相对滑移最大值。随着初始裂缝长度的降低，最大值也会随之减小。
　　3.对梁进行U型锚固，相比于仅在梁底粘贴FRP布的加固梁，将大大提高承载力，并且减小梁的变形。对于添加U型锚固的梁来说，在钢筋屈服前，锚固形式对变形影响不大，但当钢筋屈服后，U型锚固过多或过少，将影响加固梁的承载力与变形。而过度进行U型锚固，则会使FRP过强，在极限状态下，以混凝土破坏宣告失效。适当的U型锚固在提高梁承载力的同时，使梁出现合理的破坏状态。FRP最大应变虽基本相同，但集中于端部进行U型锚固将使FRP于跨中及弯剪区段发生整体剥离，而沿全梁适当粘贴U型箍则在跨中发生局部剥离，可有效防止剥离破坏的发生。