考虑多参数耦合作用的FRP加固RC梁中部裂缝剥离破坏预测模型

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近年来,外部粘贴FRP(Fiber Reinforced Polymer)已成为加固RC结构的常用方法之一。作用于结构的荷载通过界面粘结层将有效应力传递给FRP,从而增强结构承载能力。FRP与混凝土界面的剥离破坏是FRP加固RC梁常见的受弯破坏形式,剥离破坏既可能发生于FRP端部,也可能发生于中部裂缝(Intermediate Crack,简称IC)处。与端部剥离相比,IC剥离难以避免且机理复杂。近20年的时间里,各国学者对加固梁IC剥离承载力的计算模型进行了大量研究,但目前依旧缺乏一种被普遍接受的模型。目前国内外认可度较高的剥离应变预测模型计算便捷,但模型经验化严重,考虑的影响参数较少,且相关文献表明该类模型的预测结果离散性偏高,无法定量反映常见的复杂工况对加固梁IC剥离破坏的影响。本文基于黏聚区模型,提出一种全新的、考虑多参数耦合的FRP加固RC梁IC剥离预测模型,该模型同时适用于不考虑外界条件影响的理想工况和工程中常见的复杂工况。本文主要的研究内容和结论如下:(1)建立理想工况中FRP加固RC梁IC剥离预测模型本模型将现有基于黏聚区模型的FRP加固线弹性预裂素混凝土梁的理论模型推广至FRP加固普通钢筋混凝土梁,通过简化考虑非线性刚度和多裂缝的影响,给出剥离承载力的理论解析解,计算量与剥离应变模型大致相同。为验证该模型准确性,本文建立一个包含210个理想工况中FRP加固RC梁的IC剥离试验数据库,分析预测值与试验值间的误差成因并建立半经验模型。为检验模型的可靠性,将新模型的预测结果与目前4个具有代表性,且精度较高的剥离应变模型的预测结果进行对比分析,结果表明新模型的预测精度高于多数剥离应变模型。(2)建立复杂工况中FRP加固RC梁IC剥离预测模型。在理想工况的FRP加固RC梁IC剥离预测模型的基础上,将复杂工况对IC剥离的影响归结为材料本构关系的变化、加固梁的变形和FRP-混凝土界面本构关系的变化三个方面,从这三方面分析剥离承载力预测模型中的参数变化,将复杂工况的影响通过参数的改变建立了适用于多种工况的FRP加固RC梁IC剥离预测模型。建立了各种复杂工况条件下的试验数据库,通过将预测结果与试验数据对比,证明该模型可以有效预测复杂工况中FRP加固RC梁的IC剥离承载力。参数分析的结果表明,常见工况中FRP-混凝土界面粘结性能的衰减是IC剥离承载力降低的主要因素。
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