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FRP筋是一种新型的复合材料,它具有良好的力学性能和耐腐性能,用它代替增强混凝土结构中的钢筋可以大大提高混凝土结构的使用性能和耐久性能。与钢筋混凝土结构相同,两种不同性能的材料能够共同工作主要归功于两者之间的有效粘结作用,FRP筋与混凝土的粘结性能是FRP筋结构中最基本的力学行为,是设计、应用和推广该种结构的关键技术之一。本文在广泛收集国内外研究资料的基础上,采用有限元数值模拟的方法对FRP筋与混凝土的粘结性能展开研究。
利用ABAQUS建立FRP筋混凝土拉拔试件的三维有限元模型,对FRP筋混凝土拉拔试验进行数值模拟,得到了拉拔过程中各个变量的分布情况,并与文献中的试验结果进行了对比分析。结果表明,FRP筋混凝土粘结应力沿FRP筋埋置长度方向的分布是很不均匀的,加载初期最大粘结应力出现在加载端附近的区域,随着荷载的增加,最大粘结应力有向自由端推进的趋势。
通过对FRP筋混凝土拉拔试件的数值模拟结果进行统计,分析了FRP筋锚固长度、混凝土强度、FRP筋直径对FRP筋混凝土粘结性能的影响。在其他因素不变的情况下,当锚周长度在lα=5d~6d范围内,FRP筋与混凝土之间的粘结强度达到最大,而且,当锚固长度lα=5d时,粘结应力分布比较均匀:FRP筋混凝土的粘结强度随着FRP筋直径的增加而减小;不同混凝土强度时得到结果离散性较大,但可以得到在一定范围内FRP筋混凝土的粘结强度随着混凝土强度增加而增大的趋势。
利用ABAQUS对FRP筋混凝土梁分别按不考虑FRP筋与混凝土相互作用和考虑FRP筋与混凝土相互作用两种情况进行了分析计算,并与试验结果进行了对比分析。计算结果显示,两种情况下模拟得到的FRP筋混凝土梁的开裂弯矩和极限弯矩与试验得到的结果比较接近,考虑FRP筋与混凝土的相互作用时,由于联结单元的作用,模拟得到的极限弯矩比不考虑时稍小。利用ABAQUS模拟FRP筋混凝土之间的粘结滑移,初步了解粘结滑移对结构的的影响是可行的。
通过分析试件受力过程中变量的分布和发展情况,认识到FRP筋混凝土梁的裂缝开展情况与钢筋混凝土梁是类似的;分析了配筋率对FRP筋混凝土梁破坏形式的影响,当混凝土和FRP筋的强度确定后.其破坏模式主要因配筋率的大小而异。