FRP混凝土界面有限元分析技术难点讨论

2004·中国·J：海 第_二届全闳十_小T程研究生学术论坛论文集 FRP一混凝土界面有限元分析技术难点讨论 陆新征严吉洁韦韩叶列平江见鲸 (清华大学土木工程系，北京，100084) 【摘要】 FRP与混凝土的粘结性能是Fl冲布应用于混凝土结构中的关键问题。奉文首先讨论了该界面问题有 限元分析的难点及相应的建模，并用多种现有有限元程序对面内剪切试验中的界面问题进行了分析，讨论了 界面问题中混凝土力学行为的特点及对混凝土本构模型的要求，指出了现有有限元程序的局限性。通过改进现有 混凝土有限元模型，较好地实现了对FRP布一混凝土界面的模拟。 【关键词】 FRP：混凝土；界面：粘结 DiscussionontheKeVDi艏cultiesofFiniteElementAnalVsisforthe InterfacebetweenFRPsheetandConcrete LuXinzhengYanJijieWeiHanYeLiepingJiangJianjing (DepartmentofCiViIEngineering，TSin曲uaUniVersi吼Beijing，l00084) AbstractThedebondingbehaviorintheinterfacebetweenFRPsheetandconcreteisakeyprobIemforthe applicationofFRP．Thedi硒cultiesoffiniteelementanalysjsforthisinterfaceproblemarediscussed，firstly’ andadvisesare西venfortheFEAmodeling．Then。厅omthenumericaltestswithseve豫IFEAsomvares，the requirementsfortheconstitutiverelationshipmodelofconcreteinthispmblemarediscussed，andthe shortageofcurrentFEAsoRwarearepointedout．Bymodi匆ingmeconcreteconstitutiverelationshipwith therequirementIistedinthispaper't}ledebondingbehaviorontheinterfacecanbesimuIated． 1(eywordFRPsheet：concrete：interf-ace：debonding 1引言 FRP布．混凝土之间的界面粘结是确保纤维和混凝土之间共同作用，充分发挥纤维强度的基 础。目前对该问题已经有了大量的试验及理论分析【lqJ，得出FFuP布一混凝士界面粘纬的一般性 规律是：①界面存在多种破坏形式，以混凝土破坏为主要破坏形式：②纤维和混凝士之间存在一 个有效锚固长度：③当纤维粘贴长度大于有效锚固长度时，界面的剥离破坏由加载端向锚同端逐 步发展。为了深入了解FRP布一混凝土之间粘结的力学机理，本文用有限元方法对该问题进行了 数值模拟和讨论。 2有限元分析FRP布一混凝土界面粘结问题的难点 由于FRP布一混凝土界面问题的特点，目前利用有限元分析主要存在以下困难： (1)界面参数标定困难 目前各类粘结滑移试验基本都是为工程应用而进行的宏观结构性试验。而对纤维一混凝十界 面的材性试验的数据还非常少。而且，由于变形和破坏都集中于纤维以下不足1mm的混凝土中， 造成材性分析和试验研究十分困难，使得有限元分析中的界面本构模型难以确定。 (2)单元尺寸差异过于悬殊 纤维的厚度往往只有0．1～O．4mm。混凝士剥离层的厚度也只有零点几到几个毫米，而构件的 尺寸却一般却是几百个毫米的量级。给有限元网格划分带来很火困难。 (3)裂面行为复杂 ‘ 在开裂之初，界面混凝土在拉应力和剪应力的复合作用下，一般成30～45度裂缝。而在裂 缝产生后，拉应力迅速减小；而剪应力由于裂面的摩擦作用，减小相对较慢，因此主应力方向发 生明显变化，使得后继裂缝方向随之发生较大变化。同时，对于较长纤维的锚I司问题，随着有效 锚固区的移动，靠近加载端的混凝十裂缝开展宽度和裂面摩擦滑移长度都较人，裂面剪力传递系 数也势必要发生较大变化。 (4)数值收敛困难 由于界面存在开裂、滑移等多种复杂力学行为，使得非线性有限元分析时计算收敛相当困难， 特别是对应=了：有效锚固区移动的计算收敛更是非常困难，对程序的非线性分析能力提出了很高的 -134． 第二届全国十术T程研究生学术论坛论义集 2004·中国·}：海 要求。 3有限元模型的建立 由于界面粘结问题中单元尺寸差异悬殊，带来的问题就是是否需要在界面上引入专门的界面 单元。如果使用界面单元，则存在以下问题： (1)界面单元的材性参数设置困难 如果布置界面单元，有以下几种单元可供选择：(1)无厚度Goodman界面单元；(2)有厚 度Goodman界面单元；(3)弹簧单元。这三种单元形式都需要界面的剪切刚度和法向刚度，以 及强度和非线性力学关系。这些目前基本上都无法准确得到，因此，界面单元实用程度受到限制 (2)界面的几何性质同样难于设置 根据观察剥离面，其剥离层厚度存在一定程度的变化，因此，对界面的厚度也较难预先给定。 同时，纤维应力变化和混凝土微裂缝开展深度有着较明显的关系，这些尺寸都难丁．在分析前加以 界定。 同时，考虑到在胶层合适的情况下，剥离破坏主要发生在未侵润的混凝士中，而试验中 剥离下来的混凝土表面和普通混凝土也没有什么的差别。因此在本文中，不使用界面单元，而通 过共用节点的方法，将FRP布单元和混凝土实体单元直接连接在一起，通过调接混凝土实体单元 的材性系数来模拟剥离面的破坏行为。 本文分析中涉及的软件及分析模型较多，几何模型也有所差别，其基本共性为： (1)混凝土使用实体(二维或三维)单元模拟，本构使用混凝土的本构，在接近纤维的部 分单元网格划分较细，单元厚度最小在2mm左右。 (2)纤维使用链杆或梁单元(对于二维分析) ／膜单元或壳单元(对于三维分析)。由于纤维的厚度 非常小，有抗弯能力的单元(梁单元或壳单元)，和 没有抗弯刚度的单元(链杆或膜单元)，其精度差别 不是很大。但是，在剥离发生后，有抗弯刚度的单 元可以显著提高计算的稳定性。以图1为例，当纤 维下的实体单元开裂后，由实体单元提供的节点1 的Y方向刚度接近于零，如果纤维也不能提供Y方 向刚度，则收敛性将非常差。因此，这里我们推荐 使用具有抗弯刚度的单元模拟纤维布。 纤维和混凝土之间直接通过共用节点的方法来连接。 4现有混凝土本构计算结果及其原因分析 4．1ANsYs的分析结果及存在的问题 ANSYS软件中的混凝土单元Solid65自loooo 带了混凝土的本构和开裂等材性参划引，辅之 ⋯． 以shell43膜单元和Shell63壳单元模拟纤维 ⋯。 布，可以建立面内剪切的有限元模型。 6000 ANSYS的分析结果如图2所示，由图中。。。。 可见，ANSYS得到的有效锚固区开始移动时 的纤维应力和试验结果基本吻合。但由于 2000 ANSYS本身的非线性分析能力限制，加上 o ANSYS自带混凝土模型的不足之处；使得剥 离一发生计算就不再收敛，难以模拟有效锚 1uu” 固区的移动全过程。因此使用ANSYS软件来 分析界面粘结性能是不成功的。 裂缝 lY ； X 混凝士实体 单元 图1混凝土实体单元开裂对节点刚 唐影响 不再设置界面单元。 图2ANsYs分析结果 (姗) I 140 4．2MsC．MARC自带的混凝土模型的分析结果及其存在的问题 直接利用MSC．MARCl4l本身自带的混凝土模型，建立平面有限元模型，计算得到的纤维应力 发展情况如图3所示(裂面剪力传递系数=0．5)，由于MARc的非线性分析能力要强于ANSYS， 因此它可以得到更多的剥离破坏过程。但是，由丁．在MARC自带的混凝士模型中，裂面剪力传 -135． 2004·中国·上海 第二届全国土木工程研究生学术论坛论文集 递系数为一常量，裂面的抗剪能力不能随裂缝开展宽度变化。冈此，难以模拟纤维逐步剥离带来 的有效锚固区的移动。可见用MARC自带的混凝土模型分析界面粘结问题也是不成功的。 4．3修正眦RC混凝土模型的计算结果 针对上节的问题，№RC中提供了一个随开裂应变变化而调整混凝土裂面剪力传递系数的子 程序UsHRET【51。在试算过程中，在USHRET中添加了一个比较简单的剪力传递系数变化， 如下式所示： r ∥=风(卜卫)+屈 (1) ￡I 这里‰为裂缝法向拉应变，∥为t。时的剪力传递系数，风，∥1分别为裂缝刚出现和裂缝 充分发展时的剪力传递系数。参考占r为参数，根据文献【6】的建议，取为gr=1000肛，风=0．5， 屈=O．000l。 计算得到纤维应力及发展情况如图4所示．和图3对比，可以看出，通过使用该子程序，确 实达到了降低抗剪刚度，促进有效锚固区移动的效果。但是。和试验结果对比还有较大差距，主 要表现在剥离区的残余粘结应力过高。分析其原因，主要是由于MARC中使用的是固定裂缝模 型(FixedsmearcdcrackmodeI(FCM))，无法模拟滑移过程中裂缝方向的变化，造成严重的应力 锁死问题(Stresslocking)【7l，过高估计了剥离区的残余粘结应力。 ，sooo篆警警暾pcJ 然K 10000i＼ 8000＼^ 鼍陵0卜—_=：上。“薯6蕾 二=丽蔽藤丽i丽司 “moo —o一剥离长度=60嘲(姒Rc)l8000 ⋯▲··剥离长度=40m_(试验)} ．-．．．剥离长度=60聃(试验)l 6(’(x’ 4小I(1 2()()() j吣 距加载点距离(黼) o b酗—M∞db66●66dD口Q口一。 60 80 100120140 —20()0 N·： 茎一!。 图3姒RC自带混凝±模型分析结果 图4使用usH畦T得到缩果 4．4RCPEFG的计算结果 利用清华大学土木系开发的RCPEFG程序进行试算，在RCPEFG中，混凝土裂缝模型为转 动裂缝模型(RotatingCrackModeI(RCM))【8l。RCM和FCM的区别就是，FCM在裂缝出现后，裂 缝的角度就不再变化。而RCM中，裂缝的方向始终和最大拉应变方向垂直。计算结果表明，RCM 模拟剥离过程的表现要优于固定裂缝模型。但是，由于RCPEFG的非线性分析能力限制，其结果 与试验结果也有较大差距。 4．5小结 由上述分析得到界面粘结问题对混凝土本构模型的要求有： (1)混凝土开裂模型不能是脆性开裂，需要考虑开裂混凝土的下降段； (2)裂面剪力传递系数不能是一个常数，需要随着裂缝宽度的增加而逐渐变化(降低)： (3)混凝土裂缝方向应随裂缝发展而变化，不应使用固定裂缝模型(FCM)，而应考虑使用转 动裂缝模型(RCM)： (4)随着剥离破坏的发展，界面以外的混凝土存在卸载状态，要能考虑混凝士的加卸载行为； 同时，还要求有限元程序具有很强的非线性分析能力，能在复杂应力状态下保证计算收敛。 5修改混凝土本构模型后的计算结果 ．136． 第二届全国土木工程研究生学术论坛论文集 2004·中国ll二海 根据上文所提出的界面粘结问题对混凝_II本构模型的要求，笔者开发了可以考虑复杂裂面力 学行为并采用转动裂缝模型(RcM)的混凝土本构程序RcFER2002．RcM【9l’并成功将该予程序 嵌入MSC．MARC中取代MARC自带的混凝土本构模型，从而可以利用MARC强人的非线性功 能。用RCFER2002-RCM对文献【1】的面内剪切试验进行了分析，计算结果如图5所示。可见当 在选取适当混凝土本构模型的情况下，可以用本文建议 的方法对FRP布一混凝．十界面进行数值模拟。 ㈨““’ 6结论 800c， FRP布．混凝土界面粘结由于其力学行为复杂，非线。，。 性问题严重，因而是混凝土数值分析中的难点。很多现 有有限元程序在解决该问题时都遇到较大Ilj难。但是， 4‘“Ⅲ 如果能够适当建立混凝土本构模型，且有限元程序具有 200t， 较强的非线性分析能力的话，可以利用数值方法对该问 。 题进行细致分析并揭示其力学机理。 (} 20 4() 60 8() 100 120 图5RCFER2002一RCM计算结果与试验 结果对比 参考文献 【l】 谭壮，GFRP布加固混凝土粱受力性能的试验研究【D】，清华大学硕：J二学位论文，2002 【2】 杨勇新，岳清瑞，胡云昌，碳纤维布与混凝土粘结性能的试验研究，建筑结构学报【J1，200l，22(3)：36 —42． 【3】 陆新征，江见鲸，利用ANSYSSolid65单元分析复杂应力条件下的混凝士结构【A】，2002ANSYs用户年会 论文集【C1．473-479，2002 【4】 MSC．MarcUser’sM∞ual，V引umeA(TheoryandUserInfofnlation)，MSC．SonwareCorporation，394·395，200I 【5l MSC．MarcUser’sM如ual，Vr0IumeD(USerSubroutinesandSpecialRoutines)，MSC．SonwareCorporation，l35， 200l 【6】 B．Martin—Pefez，S．J．P柚t蛇0pouIou，E疏ctofbond，aggregatcinterlockanddowelactionontheshearstren昏h degradaIionofrcinforceconc佗te【J】，Enginceringstructure，23(2001)：2l4-227 【7】 M．Jir笛cl【'T．Zimmerm觚n，Rotatingcrackmodelwithtransitiontosc“ardamage【J】，J．Engrg．Mech．Mar．： 277-284，l998 【8】 z．P．B眈ant，Cocnrctc厅∞tu∞modeIs：testingandpraclice【J】，Engrg．FractureMech．69(2002)：l62-205 f9】 陆新征，江见鲸，考虑不同破坏模式的二维混凝土本构模型，土木工程学报(已投稿) ．137． FRP-混凝土界面有限元分析技术难点讨论 作者： 陆新征， 严吉洁， 韦韩， 叶列平， 江见鲸 作者单位： 清华大学土木工程系,北京,100084 相似文献(10条) 1.学位论文 李趁趁 FRP加固混凝土结构耐久性试验研究 2006 纤维增强聚合物(FRP)复合材料由于具有高强、轻质、施工方便等优点在土木工程领域的结构加固中得到广泛的应用。随着工程应用的深入，FRP加固混凝土结构的耐久性问题引起了人们极大的关注。在室外侵蚀性环境如高温潮湿、化学剂侵蚀、碳化、冻融、海水潮汐作用下，钢筋混凝土结构往往由于耐久性降低而无法正常使用，那么用FRP 加固的钢筋混凝土结构在这些环境下的耐久性如何?怎样对侵蚀环境下的FRP加固钢筋混 凝土结构进行耐久性设计?在FRP应用于加固混凝土结构的同时，这些问题应该引起足够重视，得到合理的解决。本文在此背景下结合国家重大基础研究前期研究专项“恶劣环境下纤维增强塑料混凝土构件耐久性研究”，对碳化、冻融循环、模拟海水潮汐作用的盐溶液干湿循环下 FRP 复合材料的耐久性、FRP与混凝土之间界面粘结的耐久性、FRP加固混凝土圆柱的耐久性进行了试验研究，主要包括以下几方面工作： 1．通过碳 纤维增强聚合物(CFRP)、玻璃纤维增强聚合物(GFRP)在碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环环境下的纵向受拉性能的试验研究，研究环境类型、环境暴露时间(循环次数)、纤维布种类对FRP复合材料耐久性的影响。结果表明，CFRP在这三种环境下强度变化不大，弹性模量有所提高，延伸率在干湿循环下略有降低；GFRP的力学性能在三种环境下也都有不同程度的退化；在碳化和冻融循环环境下，CFRP 的性能优于GFRP。总的来看，碳化 、有限次数的冻融循环、盐溶液干湿循环对CFRP和GFRP纵向受拉性能影响不大。 2．通过正拉粘结强度试验与剪切粘结强度试验，研究碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环对FRP与混凝土之间界面粘结性能的影响，试验变化参数包括冻融循环和干湿循环次数、纤维布种类、粘结树脂种类。通过分析侵蚀环境作用前后试件的破坏方式、正拉粘结强度及剪切粘结强度等的变化探讨碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环对FRP与混凝土界 面粘结的影响规律及机理。结果表明，碳化对FRP和混凝土之间的界面影响不大，而干湿循环和冻融循环对FRP和混凝土的粘结界面产生了不利作用。使用CFRP的试件比使用GFRP的试件抗侵蚀能力强，粘结树脂胶Ⅱ对侵蚀环境比粘结树脂胶Ⅰ敏感，在工程中选择合适的纤维布及粘接树脂类型对FRP体系的抗恶劣环境侵蚀能力是十分重要的。 3．通过FRP条带加固混凝土圆柱在碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环作用后的轴心受压 试验研究，研究环境因素(碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环)、纤维布类型(碳纤维布、玻璃纤维布)、粘接树脂类型(胶Ⅰ、胶Ⅱ)对FRP条带加固混凝土圆柱受压性能的影响，分析FRP条带加固混凝土圆柱在侵蚀环境下的受压性能劣化机理，并结合FRP 的工程应用提出建议。 4．通过FRP全裹加固混凝土圆柱在碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环作用后的轴心受压试验研究，研究环境因素(碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环)、纤 维布类型(碳纤维布、玻璃纤维布)对FRP全裹加固混凝土圆柱受压性能的影响，并与FRP条带加固混凝土圆柱试验结果进行比较，分析全裹与条带粘结方式对FRP加固混凝土结构耐久性的影响，对粘贴FRP加固混凝土结构提出建议。 5．通过FRP条带加固钢筋混凝土圆柱在碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环作用后的轴心受压试验研究，研究环境因素(碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环)、纤维布类型(碳纤维布、玻璃纤维布)对 FRP条带加固钢筋混凝土圆柱受压性能的影响。 上述3、4、5的研究结果表明，碳化后FRP加固混凝土圆柱受力性能与室温下相比变化不明显，而经过冻融循环和盐溶液干湿循环之后，FRP加固混凝土圆柱的强度、刚度、延性有所降低。因此，碳化对于FRP加固没有不利影响，在冻融循环和盐溶液干湿循环环境下，使用FRP加固混凝土结构应该考虑耐久性问题。FRP加固混凝土结构的耐久性取决于混凝土及其与FRP粘结界面的耐久 性，FRP复合材料的耐久性不是决定因素，可以通过提高混凝土的耐久性、对树脂进行改性来提高FRP加固混凝土圆柱的抗侵蚀环境腐蚀能力。 如果从提高强度、抗震能力、耐久性方面考虑，全裹粘贴方式优于条带粘贴方式，在冻融循环和盐溶液干湿循环环境下，可以考虑采用FRP全裹粘贴方式加固混凝土结构，在提高混凝土结构受力性能的同时，以全裹方式来延缓外界环境对混凝土的侵蚀，延长混凝土结构的寿命。但从经 济方面考虑，FRP约束对圆柱强度的提高程度并不与FRP 用量成正比，条带粘贴方式比全裹粘贴方式更经济。 在室温、碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环环境下，FRP 约束提高了混凝土圆柱的强度与延性，相同用量的CFRP比GFRP的增强效果好，但GFRP成本比CFRP低，采用胶Ⅱ柱的强度和延性比采用胶Ⅰ柱高，但胶Ⅱ对冻融循环、盐溶液干湿循环比胶Ⅰ敏感。碳纤维布和胶Ⅱ搭配在所研究的环境下是最优的。因此，在实际加 固工程中应结合具体情况，综合考虑各种因素如强度、延性、耐久性、加固成本等，根据工程需要选择最优方案。 6．在试验研究的基础上，建立FRP条带约束混凝土轴心抗压强度计算模型、FRP条带加固钢筋混凝土圆柱正截面受压承载力计算模型，并在混凝土、FRP复合材料以及FRP 与混凝土粘结界面耐久性试验研究的基础上，引入考虑侵蚀环境对混凝土、FRP复合材料以及FRP与混凝土粘结界面影响的混凝土强度、FRP强度 退化模型，建立碳化、冻融循环与盐溶液干湿循环环境下FRP条带加固钢筋混凝土圆柱的正截面受压承载力计算模型，为此类环境下的FRP加固混凝土圆柱耐久性设计提供数据参考和理论依据。 2.期刊论文 段世昌.徐千军.DUAN Shichang.XU Qianjun FRP与混凝土组合结构研究综述 -水力发电学报2005,24(5) 本文从FRP约束混凝土的试验研究、FRP约束混凝土柱的强度模型、其他形式的FRP与混凝土组合结构三方面阐述FRP与混凝土组合结构的研究现状,并提出现阶段需要继续深入的一些问题. 3.期刊论文 崔秀琴.于目挺.李整建 FRP及FRP-混凝土组合结构的耐久性能探讨 -陕西工学院学报(自然科学版)2003,19(3) 通过对FPR材料本身的抗化学侵蚀性能、疲劳性能、冲击韧性、抗冻性等指标的耐久性研究,对FRP-混凝土组合结构的设计、施工措施进行了分析,探讨FRP混凝土组合结构的耐久性能. 4.期刊论文 王言磊.欧进萍.WANG Yan-lei.OU Jin-ping 创新设计的FRP-混凝土组合梁基本力学性能 -西安建筑科技大学学报（自然科学版）2006,38(4) 近年来纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)材料被广泛地用于桥梁结构以解决日益严重的钢材锈蚀问题.为了充分发挥各种材料的优势和降低造价,FRP-混凝土组合结构被认为是一种最有效的组合形式.首先阐述了FRP材料与混凝土结合形成一种轻质、耐腐蚀且价格相对便宜的组合梁的创新设计思路,并提出了由该类型组合梁形成板式桥的新型桥面结构形式;其次,给出了FRP-混凝土组合梁的简化失效分析方法以及延 性、简化刚度和变形的计算公式;最后,基于刚度、强度和延性设计要求,给出了FRP-混凝土组合梁的初步设计步骤. 5.期刊论文 陈瑛.乔丕忠.姜弘道.任青文.CHEN Ying.QIAO Pi-zhong.JIANG Hong-dao.REN Qing-wen FRP-混凝土三点受弯梁损伤粘结模型有限元分析 -工程力学2008,25(3) 该文采用双线形损伤粘结模型研究带切口FRP-混凝土三点受弯梁(3PBB)Ⅰ型加载下的界面断裂性能.通过有限元参数分析,详细讨论了界面粘结强度、界面粘结能、混凝土抗拉强度、混凝土断裂能对3PBB受力性能的影响.数值模拟表明,FRP-混凝土界面有两种破坏形式,包括FRP-混凝土界面的损伤脱粘和界面混凝土的损伤脱粘破坏,与实验所观察到的现象一致.两种破坏形式尽管在宏观上均表现为界面脱粘,但破坏机制却不同.FRP- 混凝土界面的损伤粘结模型与混凝土的拉伸塑性损伤模型相结合,不但再现了3PBB的宏观力学性能,数值分析得到的荷载-位移曲线接近实验结果,而且还能详细展示FRP-混凝土界面的损伤、断裂破坏过程以及损伤在FRP-混凝土界面和界面混凝土之间的转移,能够预测构件的承载力,有助于界面优化设计,这是单纯以能量判据预测裂纹发展的经典断裂力学方法所无法做到的. 6.期刊论文 朱浮声.张海霞.ZHU Fu-sheng.ZHANG Hai-xia 影响FRP筋与混凝土黏结性能的主要因素 -沈阳建筑大学学报（自然科学版）2006,22(3) 目的阐述FRP筋混凝土的黏结机理,探讨影响FRP筋与混凝土黏结性能的主要因素.方法对84个FRP筋混凝土试件进行中心拉拔试验,和分析试验结果,对影响FRP筋与混凝土黏结性能的主要因素进行研究.结果剪切滞后使受拉FRP筋横截面中心与边缘的变形有一定差异,横截面的正应力非均匀分布,使得黏结强度随FRP筋直径的增大而降低.试件的黏结强度随埋深的增加而降低.对于混凝土强度等级大于C15的试件,混凝土强度对黏结 强度的影响还难以定论.另外,FRP筋的表面形式和不同类型纤维组成也是影响其与混凝土黏结性能的重要因素.结论FRP筋直径、埋置深度、FRP筋表面形式和类型等均对FRP筋与混凝土之间的黏结性能有重要的影响,而混凝土强度的影响还难以确定,仍需要大量的试验进行验证.试验结果为深入了解FRP筋与混凝土的黏结性能提供了依据. 7.期刊论文 刘明学.钱稼茹.Liu Mingxue.Qian Jiaru FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型 -土木工程学报2006,39(11) 为建立纤维增强复合材料(FRP)约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,分析了国内外305个轴心受压FRP约束混凝土圆柱试件的试验结果.分析表明,纤维特征值、FRP层合结构和加载方式是影响FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系的3个主要因素.通过分析试验结果和已有的模型,提出了一个考虑上述3个因素的改进的FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,该模型包括强化型和软化型两种类型.比较表明,该模型与试验结果 的符合程度好于已有模型. 8.期刊论文 郭恒宁.张继文.GUO Heng-ning.ZHANG Ji-wen FRP筋与混凝土粘结滑移性能的试验研究 -混凝土2006(8) 通过对埋入混凝土一定深度的螺纹FRP筋的对称拉拔试验,研究了FRP筋与混凝土间界面的粘结滑移及界面应力传递机理,分析了自FRP筋加载端至自由端界面粘结滑移的发展、传递过程,探讨了FRP筋沿埋入深度方向的界面剪应力变化及界面粘结滑移的破坏特征.本文研究结果表明,FRP筋与混凝土界面剪应力及FRP筋滑移自FRP筋加载端至自由端逐步传递,滑移量逐渐减小;FRP筋混凝土与钢筋混凝土滑移破坏有着本质的区别,钢筋混凝 土产生滑移时主要是混凝土撕裂和压碎,而FRP筋混凝土滑移破坏是以筋肋削弱或剪切破坏为主要特征. 9.期刊论文 陆新征.叶列平.滕锦光.庄江波.江见鲸.LU Xin-zheng.YE Lie-ping.TENG Jin-guang.ZHUANG Jiang-bo.JIANG Jian-jing FRP片材与混凝土粘结性能的精细有限元分析 -工程力学2006,23(5) FRP-混凝土界面粘结性能是外贴FRP片材加固混凝土结构技术的关键问题.基于FRP与混凝土界面面内剪切试验,采用精细单元有限元模型对其界面粘结性能进行了研究.在该模型中,混凝土和FRP片材都使用非常小的单元加以模拟,通过调整混凝土材料的本构模型来考虑单元尺寸的影响.FRP单元和混凝土单元直接连接,通过混凝土单元的断裂破坏来模拟FRP和混凝土界面的宏观剥离破坏过程.通过与大量面内剪切试验结果对比,验证了 该精细有限元模型的正确性,并基于精细有限元分析结果,对界面剥离破坏机理进行了讨论. 10.学位论文 张宁 螺纹状表面粘砂FRP筋与混凝土粘结性能试验研究 2009 钢筋混凝土结构在工业与民用建筑中应用甚为广泛，但钢筋遇水或酸、碱等介质易腐蚀，从而导致结构耐久性降低和结构破坏。FRP(FiberReinforcedPolymer)筋是一种新型的复合材料，它具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，用它代替增强混凝土结构中钢筋可以大大提高增强混凝土结构的使用性能和耐久性能。 由于FRP筋的物理力学性能和表面形状与钢筋有较大差异，FRP筋与混凝土的粘结性能低于钢筋。如何有效地改 善FRP筋与混凝土的粘结性能，是国内外学者研究的热点问题，FRP筋与混凝土结合的前提是保证在外荷载作用下，两者的协同工作。FRP筋与混凝土的粘结性能是设计、应用和推广该种结构的关键技术之一。 本文在总结了国内外大量研究的基础上，首先对14个研制加工的一种新型的螺纹状表面粘砂FRP筋和2个光圆钢筋，2个光圆玻璃纤维筋，2个表面粘砂螺纹钢筋，进行中心拉拔试验，通过试验对纤维塑料筋与混凝土的粘结 机理、破坏机理、粘结强度的影响因素和滑移性状进行了较为深入的研究。研究结果表明，该螺纹状表面粘砂FRP筋粘结力仍然由摩擦力和机械咬合力提供，但相对而言，摩擦力起主要作用。其破坏机理不是由于FRP筋的外缠肋发生损坏或者与核心处FRP发生剥离。而是FRP筋表面螺纹凸起部分与核心处FRP筋发生剪切滑移，表面粘砂层研磨成粉状，成纵向剪切破坏。荷载—滑移曲线(P—s曲线)在达到峰值点以后下降段比传统螺纹状 钢筋平缓效果更好，与混凝土的粘结强度略低于螺纹钢筋，但明显大于光圆FRP筋；拔出破坏时对粘结强度起控制作用的是树脂的种类和表面形式，而混凝土和纤维类型对其影响较小。 然后在本文试验以及国内外大量研究的基础上，提出了本次试验所采用的螺纹状表面粘砂FRP筋粘结强度的理论公式和锚固长度的的设计建议。分析已有的几种FRP筋与混凝土之间的粘结滑移本构模型，提出了较符合本次试验研究的粘结滑移本 构模型，为有关规范的编制提供了依据。 最后，利用ANSYS程序及粘结滑移本构关系对FRP筋与混凝土拉拔试件进行了有限元模拟。并系统总结出了考虑粘结滑移的FRP筋与混凝土构件的ANSYS程序有限元分析建模和计算方法。采用ANSYS有限元软件对试件进行数值模拟，将试验粘结—滑移关系曲线与数值模拟粘结—滑移关系曲线进行对比，并对模型在不同荷载作用下不同位置处弹簧单元的弹簧力、滑移以及FRP筋的应力进行分 析研究，验证ANSYS软件数值模拟结果的正确性。利用ANSYS有限元软件对螺纹状表面粘砂FRP筋混凝土试件进行了数值模拟，模拟结果与试验结果吻合较好，可以得到较为准确的极限状态值，能够用来较为准确的模拟粘结滑移的受力过程。 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6056913.aspx 下载时间：2010年1月13日