外贴复材抗弯加固梁锚固效应和机理研究

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既有研究表明,采用纤维增强聚合物复合材料(Fibre Reinforced Polymer,简称FRP)和纤维织物增强水泥基复合材料(Fabric Reinforced Cementitious Matrix,简称FRCM)代替钢板外贴抗弯加固钢筋混凝土(Reinforced Concrete,简称RC)梁可以有效提高RC梁的结构性能。但与此同时,复合材料的中部剥离(Intermediate CrackInduced Debonding,简称 ICD)和端部剥离(End Debonding,简称ED),端部界面剥离(End Interfacial Delamination,简称EID)或混凝土保护层剥离(Concrete Cover Separation,简称CCS)等早期剥离破坏也限制了外贴复材的利用率与加固效率。采用适当的锚固系统可以有效限制外贴复材抗弯加固RC梁早期剥离破坏。目前针对锚固系统作用下RC梁EID和ICD的研究较为充分,但针对CCS的相关研究还相对较少,锚固系统对CCS的影响效应和作用机理尚不明确,相关力学模型和设计方法仍为空白。本文基于人造“混凝土齿”梁试件,针对U型箍锚固或底部锚杆锚固下复材抗弯加固RC梁CCS的发展过程、破坏机理、力学模型和统一设计方法等开展了一系列试验和理论研究工作:1.对FRP-U型箍锚固FRP抗弯加固人造“混凝土齿”梁进行了试验研究。试件包括7根带有预留缝的FRP抗弯加固RC梁,每根梁含有两个“混凝土齿”,其中1根梁为对照组,其他6根梁分别设置了不同尺寸的FRP-U型箍。试验参数为FRP-U型箍的宽度和高度。试验结果表明,FRP-U型箍可以有效限制或阻止CCS的产生与发展。U型箍高度越高,则CCS对应荷载也就越大,当U型箍高度超过一定值时不再发生CCS。2.对FRP-U型箍锚固FRP抗弯加固人造“混凝土齿”梁试验结果进行了力学分析。基于“混凝土齿”模型,分析了 FRP-U型箍剥离失效过程,提出并验证了 FRP-U型箍锚固FRP抗弯加固“混凝土齿”CCS力学模型。进一步基于参数分析,明确了 FRP-U型箍宽度、高度等重要FRP-U型箍设计参数对CCS的作用效应。3.对FRCM-U型箍锚固FRCM抗弯加固人造“混凝土齿”梁进行了试验研究。试件包括27个FRCM抗弯加固人造“混凝土齿”梁试件,其中3个试件为对照组,其他24个试件分别设置了不同几何尺寸的FRCM-U型箍。主要试验参数为FRCM-U型箍的宽度和高度。试验结果表明FRCM-U型箍的主要失效模式为混凝土/U型箍界面剥离以及表层混凝土剥离,随着FRCM-U型箍高度的增大,破坏模式有向U型箍内纤维网格滑移转变的趋势。与FRP-U型箍锚固系统不同,FRCM-U型箍宽度越宽,对CCS的提高更为明显,并且较宽的U型箍更不易出现U型箍内纤维网格滑移破坏。4.对FRCM-U型箍锚固FRCM抗弯加固人造“混凝土齿”梁试验结果进行了力学分析。基于“混凝土齿”模型以及FRP-U型箍相关研究成果,提出并验证了 FRCM-U型箍锚固FRCM抗弯加固人造“混凝土齿”梁CCS力学模型。基于所提出的模型,明确了 FRCM-U型箍位置等重要U型箍设计参数对限制CCS的作用效用。5.对底部锚杆锚固FRP抗弯加固人造“混凝土齿”梁进行了力学分析,提出并验证了锚杆锚固FRP抗弯加固人造“混凝土齿”梁CCS力学模型。进一步基于参数分析,明确了底部锚杆高度和位置等重要设计参数对CCS的作用效用。6.以底部锚杆锚固FRP抗弯加固RC梁为例,阐明了人造“混凝土齿”梁CCS力学模型与RC梁CCS力学模型之间的内在联系,建立了基于混凝土齿模型的底部锚杆锚固或U型箍锚固下复材抗弯加固RC梁CCS力学模型,并基于现有文献中和本文的试验数据验证了模型的适用性和准确性。最终提出了对于一般锚固系统限制外贴复材抗弯加固RC梁CCS的设计流程。
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