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1、FRP-混凝土界面行为研究(1)FRP-混凝土界面犯罪行为研究（1）第一章绪论1.1FRP修整混凝土结构技术及研究概况纤维增强塑料（FiberReinforcedPolymer，缩写为FRP）最早用作军工和航空航天领域。FRP种类主要包含碳纤维增强塑料（CarbonFiberReinforcedPolymer，缩写为CFRP）、玻璃纤维增强塑料（GlassFiberReinforcedPolymer，缩写为GFRP）和芳纶纤维增强塑料（AramidFiberReinforcedPolymer，缩写为AFRP）。近年来，FRP材料因其较好的结构性能和耐久性能够而逐渐转为民用领域，尤其就是在土木工
2、程中的应用领域获得快速发展。1981年，瑞典的Meier首次使用粘贴CFRP片材修整了Ebach桥1。日本在1995年阪神地震后，使用FRP布对高速公路桥墩柱alternate快速修整，并使交通运输很快获得恢复正常，获得了时间，同时也打下了FRP材料在土木工程领域应用领域的基础，受工程界的广为注重。此后，采用FRP片材替代钢板展开结构修整的方法在日本、美国和欧洲等发达国家获得突飞猛进的发展，有关高等学校和科研机构资金投入了许多研究力量。迄今，国外在使用FRP对混凝土构件的受弯、受剪和抗震修整等方面展开了较多的试验研究，并尚无大量的工程应用领域。详细归纳FRP修整混凝土结构的优势为：(1)FRP
3、材料轻且厚，基本不减少原结构蔡国用及原构件尺寸；(2)高强高效率，能有效率提升混凝土结构的承载力和延性，提升其受力性能；(3)施工方便快捷，没烫作业，不须要大型施工机具，无须现场紧固设施，施工挤占场地太少；(4)具备较强的耐腐蚀性能够；1991年美国混凝土协会设立了ACI440委员会，负责管理积极开展FRP修整混凝土与砌体结构的研究。1993年ACI在加拿大主办了第一届国际FRP专题会议，此后每两年举行一次，分别在比利时、日本、美国、英国和新加坡举行了6届FRP修整混凝土国际会议。美国(ACI)2、加拿大(ISISCanada)3、欧洲(fib)4、日本(JSCE)5、英国(ConcreteS
4、ociety)6等国已制定了修整FRP混凝土结构规程或指南。我国从1997年开始从国外引入FRP加固混凝土结构技术，并进行相关研究。由于其巨大的技术优势，在短短的时间内很快形成研究和工程应用的热点。清华大学、东南大学、同济大学、天津大学、国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心、中国建筑科学研究院等近十个科研院所开展了相应的研究，并获得国家自然科学基金重点项目和国家“863”计划资助。中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分会于2000年6月成立了“纤维增强塑料及其工程应用专业委员会”，并在北京召开我国首届FRP混凝土结构学术交流会。中国工程建设标准化协会2003年出版了碳纤维片材加固混凝土结构技
5、术规程，对推广FRP在我国的应用起到很大的推动作用。目前正在编制全国性的FRP技术规范，将涵盖更多的应用范围。由于FRP材料强度很高，因此FRP修整混凝土结构往往不是由于FRP材料折断毁坏，而是由于FRP-混凝土界面强度严重不足引致拆分毁坏。尤其用FRP对混凝土梁展开PR320或抗剪修整时，辨认出大量试件发生界面毁坏。因此，FRP-混凝土界面问题沦为FRP应用领域研究的一个重点和难点。由于FRP在土木工程中的应用领域先于理论，故迄今为止，对FRP修整混凝土构件展开了大量的试验研究，而理论研究则相对落后7,8。比如，FRPPR320修整的试验研究和应用领域晚在上世纪90年代初就已经已经开始，但直
6、至90年代末期才构成设计公式，且这些公式的离散性非常大8；FRP-混凝土界面导电-位移本构关系，也直至1999年才有人明确提出很坚硬的排序模型9，且这些模型的计算结果同样和试验结果差距甚小。我国目前有关规范规程上对FRP-混凝土界面犯罪行为的有关排序还基本处在空白状态10。所以，目前很存有必要对FRP-混凝土的界面犯罪行为，从力学机理、数值模型和设计公式方面展开深入细致的研究。由于FRP-混凝土拆分毁坏属界面毁坏问题，牵涉到繁杂的材料非线性、几何非线性、脱落及裂缝拓展等繁杂力学犯罪行为，因此研究的难度很大。从试验方面，很难通过试验手段观测界面下混凝土内部微裂缝的出现以及拓展过程，进而也就很难介
7、绍其拆分毁坏的机理；从理论方面，界面非线性犯罪行为使基本上无法获得理想的解析求解。因此，须要在试验研究的基础上，实行适度的数值方法，演示其毁坏过程，进而表述其内在机理。从上世纪Ngo&Scordelis11首次用有限元方法分析钢筋混凝土问题以来，混凝土数值计算方法获得了非常快的发展12-15。数值方法，特别就是有限元技术，已经沦为分析混凝土问题的关键工具。通过数值演示，可以大大减少试验工作量。更关键的就是，数值模型可以确定各种偶然因素阻碍，更准确地阐明问题内在机理，特别是在分析混凝土的内部脱落16-18、界面毁坏19-22等问题上有著独有的优势。因为这些毁坏过程都和混凝土内部微裂缝积极开展密切
8、相关，而试验方法观测这些微裂缝又非常困难。数值方法则可以确切地获得内部微裂缝的发展过程，介绍毁坏的内在机理。在根据试验结果恰当标定数值模型有关参数的基础上，还可以基于数值模型获得适当的承载力设计公式。1.2本课题研究目的、内容和路线如前所述，目前对FRP加固混凝土已经进行了大量的试验研究，而数值模型和力学机理研究得还很不够。因此本研究在充分收集现有试验资料的基础上（共收集了254个面内剪切试验记录，80个受弯加固剥离试验记录和69个受剪加固剥离试验记录）(1)通过大量排序探讨，明确提出能恰当演示FRP-混凝土各种界面毁坏犯罪行为的数值模型；(2)基于数值模型计算结果，尤其就是数值模型中提供更多
9、的界面裂缝积极开展、界面导电形变原产等关键信息，对各种界面毁坏的力学犯罪行为予以探讨，充分认识拆分毁坏的内在机理；(3)在充分认识其内在机理的情况下明确提出适当的承载力计算公式，并使之可以精确预测各种界面拆分承载力，且形式直观、排序便利，为安全、经济地采用FRP修整技术打下基础。本课题的研究路线为：(1)充份搜集现有的试验和理论研究成果，并探讨其合理性及存有的问题；(2)以面内剪切试验为基础，明确提出可信的数值模型，探讨面内剪切拆分的毁坏机理，并获得FRP-混凝土界面的导电-位移本构关系；(3)利用面内剪切研究获得的数值模型和界面本构关系，对受弯拆分和受剪拆分问题予以研究；同时，根据受弯拆分和受剪拆分问题各自的特点，创建精简的数值模型，探讨其毁坏机理；(4)明确提出适当的受弯、受剪修整拆分承载力设计公式，用大量试验资料予以检验，并通过与各现有文献排序模型展开对照，表明本课题明确提出的设计公式的合理性和精确性。