HB-FRP加固鋼筋混凝土梁的抗剪性能研究中文摘要

FRP材料與混凝土梁的粘結(jié)強(qiáng)度低，通常會(huì)造成FRP過(guò)早剝離破壞而使得加固效果不佳。HB-FRP加固技術(shù)作為一種新的粘貼技術(shù)，前期研究顯示加固梁界面粘結(jié)強(qiáng)度比傳統(tǒng)的外貼FRP高7.5 倍。不過(guò)對(duì)于HB-FRP 體系的作用機(jī)理還需要更為全面的理解來(lái)建立設(shè)計(jì)模型和指導(dǎo)公式。本項(xiàng)目以HB-FRP抗剪加固梁為研究對(duì)象，以常規(guī)FRP加固理論為研究基礎(chǔ)，以HB-FRP加固體系的界面粘結(jié)性能和抗剪加固性能為研究重點(diǎn)，以模型試驗(yàn)和數(shù)值模型為研究手段，研究鋼扣件間距及個(gè)數(shù)對(duì)HB-FRP的有效粘結(jié)長(zhǎng)度和粘結(jié)強(qiáng)度的影響，探討抗剪加固時(shí)鋼扣件豎向分布間距和FRP間距對(duì)梁抗剪性能的影響,提出FRP平均應(yīng)力分布系數(shù)計(jì)算方法。探明HB-FRP的加固機(jī)理，揭示HB-FRP加固后梁的延性、承載能力變化規(guī)律，建立HB-FRP加固設(shè)計(jì)計(jì)算方法。研究成果將為HB-FRP加固在工程上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。

EB-FRP加固(Externally bonded FRP)存在FRP易剝離的缺點(diǎn)，無(wú)法充分發(fā)揮FRP高強(qiáng)特性。HB-FRP技術(shù)(Hybrid Bonding FRP)結(jié)合了FRP外貼法和機(jī)械錨固法，有效提高了界面粘結(jié)強(qiáng)度，不過(guò)對(duì)于HB-FRP 體系的作用機(jī)理還需要更為全面的理解來(lái)建立設(shè)計(jì)模型和指導(dǎo)公式。綜合運(yùn)用模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析為研究手段，提出了HB-FRP加固體系的粘結(jié)滑移統(tǒng)一計(jì)算模型，依據(jù)該模型最終建立了HB-FRP抗剪加固梁的設(shè)計(jì)公式。包含以下內(nèi)容：1)開(kāi)展了鋼筋混凝土梁HB-FRP抗彎加固后的受力性能研究，對(duì)比分析了EB-FRP和HB-FRP抗彎加固梁的承載性能、破壞模式和FRP-混凝土界面粘結(jié)性能的差異；3) 假定了HB-FRP中鋼扣件部位的混凝土楔體破壞形態(tài)，提出了HB-FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的粘結(jié)滑移簡(jiǎn)化計(jì)算模型，并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。4)進(jìn)一步提出了HB-FRP加固體系的粘結(jié)滑移統(tǒng)一計(jì)算模型，對(duì)HB-FRP加固體系粘結(jié)滑移統(tǒng)一計(jì)算模型的控制方程、張拉力-滑移關(guān)系、剝離承載能力及有效粘結(jié)長(zhǎng)度等力學(xué)特性開(kāi)展了研究。5)引入HB-FRP加固體系的粘結(jié)滑移統(tǒng)一計(jì)算模型，開(kāi)展了抗剪加固的數(shù)值模擬，分析了梁高及裂縫計(jì)算模式對(duì)HB-FRP抗剪加固設(shè)計(jì)公式的影響。建立了FRP剝離時(shí)應(yīng)力與HB-FRP抗剪構(gòu)造尺寸的關(guān)系模型。參考Chen & Teng抗剪模型，最終建立了HB-FRP抗剪設(shè)計(jì)公式。 2100433B

研究不同受火時(shí)間后約束鋼筋混凝土梁、柱構(gòu)件的抗剪性能，揭示受火時(shí)間、構(gòu)件端部約束、荷載比等因素對(duì)全過(guò)程火災(zāi)作用后鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能的影響特點(diǎn)。建立火災(zāi)后約束鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能的數(shù)值分析模型,并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的全過(guò)程分析程序。分析總結(jié)高溫下相鄰構(gòu)件之間的相互作用對(duì)高溫后鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能的影響規(guī)律，建立火災(zāi)后約束鋼筋混凝土梁、柱構(gòu)件殘余抗剪承載力的實(shí)用計(jì)算方法。在考慮高溫下內(nèi)力重分布過(guò)程對(duì)構(gòu)件損傷作用的情況下，研究并提出火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力(含軸力、彎矩和剪力)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。針對(duì)高溫下結(jié)構(gòu)中構(gòu)件受到相鄰構(gòu)件的約束會(huì)影響其高溫后力學(xué)性能的特點(diǎn)，本項(xiàng)目可以填補(bǔ)火災(zāi)后約束鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能研究的空白，為火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷評(píng)定、抗剪加固奠定基礎(chǔ)，為相關(guān)規(guī)范的編制提供科學(xué)依據(jù)，因而具有重要的理論意義和明確的應(yīng)用前景。

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步、社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展和人民生活水平迅速提高的今天，大量新老土木工程亟需通過(guò)結(jié)構(gòu)加固來(lái)滿足新世紀(jì)的新要求。由于FRP(纖維增強(qiáng)塑料)具有其他建筑材料無(wú)與倫比的優(yōu)異性能，近幾年來(lái)在國(guó)內(nèi)外土木工程結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域中的應(yīng)用和研究得到了迅猛持續(xù)增長(zhǎng)，采用的加固方法絕大多數(shù)是將FRP板粘貼在構(gòu)件加固部位表面的表面粘貼法。本項(xiàng)目深入系統(tǒng)研究鋼筋混凝土梁采用表層嵌貼法（即在混凝土表層開(kāi)槽粘貼FRP）的加固性能，包括FRP與混凝土間的粘結(jié)機(jī)理、錨固長(zhǎng)度、加固梁的抗彎和抗剪性能等，提出實(shí)用設(shè)計(jì)方法。表層嵌貼法除具有表面粘貼法相同的優(yōu)點(diǎn)外，還具有諸如可避免磨損和撞擊等意外荷載的作用、發(fā)生剝離破壞的可能性大大降低、能應(yīng)用于高濕與高溫加固工程等眾多特點(diǎn)。對(duì)這種新加固方法的研究，國(guó)外剛剛起步，國(guó)內(nèi)尚屬空白。綜上，本項(xiàng)目有著廣闊的工程應(yīng)用背景和科學(xué)研究前景。 2100433B