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本课题源于江苏省交通运输厅课题-“FRP片材粘结加固的新型锚固技术研究”(项目编号0801043)。
近二十年来纤维增强复合材料(fiber-reinforced palstic/polymer,简称FRP)以其轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳等诸多优于建筑钢材的特点,在各国被广泛应用于结构加固工程。纤维增强复合材料加固的一般施工方法是利用树脂类胶结材料将FRP片材粘贴于混凝土表面,从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的。但是此种方法在利用FRP加固结构时,容易发生FRP-混凝土界面的早期剥离破坏,从而导致其加固效果受到限制,无法充分利用FRP的高强材料特点。为了解决上述破坏问题,本文研究一种新型的FRP片材粘结锚固技术,即基于摩擦-胶接机理的混杂锚固技术(Friction-Adhesion based Hybrid Bond Technique,简称FAHB粘结锚固技术)。该加固法作为一种新兴的加固技术具有诸多其他加固方式所不及的优点。
通过5根模型梁的静载试验,本文对普通粘结锚固+U形箍技术及FAHB粘结锚固技术加固后的钢筋混凝土梁的各项性能指标进行了试验研究、理论分析及仿真分析。主要研究内容和结论如下:
(1)通过5根试验梁的静载试验,从承载力、刚度、开裂状况、粘结锚固等方面对普通粘结锚固+U形箍技术及FAHB粘结锚固技术进行综合分析及对比研究。试验表明:普通粘结锚固+U形箍技术虽可以提高构件的承载力,防止构件发生早期破坏,但无法彻底解决U形箍抗剪能力薄弱,易绷断这一问题,而FAHB粘结锚固技术由于有钢压板的存在,不但可以大幅度提高构件的承载力和各项性能指标,还有助于避免构件发生剥离破坏;
(2)通过对国内外现有承载力计算公式归纳及总结,比较推荐了精度较高的构件开裂荷载计算公式、FRP剥离承载力计算公式及构件极限承载力计算公式,并对其进行了优化,使其更符合FAHB粘结锚固技术加固构件的各项承载力计算精度要求。并对试验梁的裂缝状态进行了分析,证明FAHB粘结锚固技术可以显著地减小裂缝开裂宽度,缩小裂缝间距,提高构件的耐久性和使用性能;
(3)通过ANSYS对FAHB粘结锚固技术进行研究,发现FAHB粘结锚固技术虽不能避免或减缓局部剥离,但有助于阻断剥离扩展路径,从而有效避免了整体粘结失效(剥离破坏),因此其可以显著地提高粘结层的粘结承载力,大幅度提高构件的极限承载力,其加固后的混凝土试件的界面受力性能要优于单粘结加固技术;
(4)建立了较为精确的非线性有限元分析模型,并通过对与试验结果的比对证实了模型的精确性及可靠性;利用仿真模型对FAHB粘结锚固技术的多项参数进行了研究,并指出其加固效果受钢压板间距、钢压板宽度及FRP粘结层数影响较大,其最优间距为150mm~200mm,最优厚度为4mm~6mm,最优钢压板宽度为5cm~10cm,FRP的最优粘贴层数则可通过经验或理论计算来求得。