【摘 要】
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纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,简称FRP）具有比强度高、耐腐蚀性强、易施工等特点,且在加固过程中对结构的破坏最小而常被用于现有混凝土结构加固领域。而FRP-混凝土界面粘结性能会显著地影响FRP与混凝土结构间的加固效果,因此常用FRP-混凝土搭接接头来研究FRP-混凝土界面粘结性能。FRP加固混凝土结构可有效增加结构强度和延性并减少碎片飞溅,极大提高结构的抗爆性
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纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,简称FRP）具有比强度高、耐腐蚀性强、易施工等特点,且在加固过程中对结构的破坏最小而常被用于现有混凝土结构加固领域。而FRP-混凝土界面粘结性能会显著地影响FRP与混凝土结构间的加固效果,因此常用FRP-混凝土搭接接头来研究FRP-混凝土界面粘结性能。FRP加固混凝土结构可有效增加结构强度和延性并减少碎片飞溅,极大提高结构的抗爆性能。由于爆炸荷载的瞬时性和破坏性,针对爆炸荷载下FRP-混凝土界面粘结性能的研究较少,甚至尚未有研究系统讨论用于研究爆炸荷载下FRP-混凝土界面行为的搭接接头。故基于目前FRP-混凝土搭接接头的研究,开发出一个适用于研究爆炸荷载下FRP-混凝土界面粘结性能的搭接接头十分重要。本文首先对剪切搭接接头、FRP加固梁和FRP-混凝土修正梁式弯曲搭接接头的构造形式和破坏模态进行了分析,并对各种构造形式在爆炸荷载下进行FRP-混凝土界面粘结性能研究的适用性进行了评价,筛选出修正梁式弯曲搭接接头用于研究爆炸荷载下的界面行为,并提出了搭接接头基本构造方案。基于远场爆炸条件(爆炸比例距离Z≥1.2m/kg1/3和爆高跨度比a≥0.5),可近似认为爆炸荷载以均布荷载的方式作用于搭接接头上;基于四点弯曲试验和均布荷载试验的受力分析,可近似认为四点弯曲荷载可用均布荷载替代。故基于上述假设,采用准静态试验的脱粘破坏应力σb计算公式和FRP动态极限抗拉强度σb计算公式,推导了既定FRP-混凝土修正梁式弯曲搭接接头发生类IC Debonding的初始理论应力界限范围[σp,σb],并进一步推导出了施加在此搭接接头上的爆炸压力界限范围[PP,Pb]和爆炸比例距离界限范围[ZP,Zb]。随后,基于现有爆炸荷载下FRP加固混凝土类梁式构件试验数据,完成了中粗尺度网格下爆炸荷载模拟和精细尺度网格下结构响应分析的数值模拟验证,给出了合理的爆炸荷载下FRP-混凝土搭接接头数值模拟方案。基于该模拟方案,进行爆炸荷载下FRP-混凝土搭接接头数值模拟研究。基于提出的爆炸压力界限范围[PP,Pb]和爆炸比例距离界限范围[ZP,Zb]系统设计了B系列爆炸工况,并进行爆炸试验数值模拟研究;推导了基于类IC Debonding的初始理论应力界限范围[σp,σb]的P-I曲线;通过观察各个爆炸工况下FRP-混凝土界面脱粘破坏的长度和深度,并读取了FRP跨中应力,通过讨论分析得到如下结论:1)爆炸荷载以均布荷载的方式作用于既定修正梁式弯曲搭接接头模型可用于研究爆炸荷载下的FRP-混凝土界面行为;2)既定FRP-混凝土修正梁式弯曲搭接接头发生类IC Debonding的实际应力界限范围应在[σp,σb]之内;3)P-I曲线图和搭接接头损伤云图反映出应力界限范围的下限σb偏小、上限σp偏大,故基于类IC Debonding破坏模态的观察对初始理论应力界限范围[σp,σb]进行了修正,得到了修正后的实际应力界限范围[σb’,σb’]。基于既定的FRP-混凝土搭接接头发生类IC Debonding破坏模态修正后的实际应力界限范围[σp’,σb’],采用P和I的二分法在修正应力界限范围[σp’,σb’]间重新设计了捕捉对应两条P-I曲线的爆炸工况设计并进行了数值模拟;观察FRP-混凝土搭接接头的破坏特征直到搭接接头界面以下的2mm和5mm处混凝土发生破坏,测量并计算出此时FRP跨中应力=σp’和=σb’工况的（I,P）点并绘制在P-I曲线图上;分别对=σp’和=σb’的（I,P）点进行拟合得到了基于修正应力界限范围[σp’,σb’]的修正P-I曲线图。任意选取图中P-I曲线区域范围内的点进行可靠性验证,结果表明修正P-I曲线图能够正确预测既定FRP-混凝土搭接接头发生的类IC Debonding损伤,可用于指导爆炸荷载下的搭接接头试验、模拟研究的爆炸工况设计。
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