外贴FRP加固梁中胶层应力的研究

发布时间：2020-05-27 17:27

【摘要】：纤维复合材料(Fibre Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP)由于其轻质高强、耐腐蚀以及加固后对原有结构影响小等优点,被广泛应用于基础设施的加固、修复和改造中。目前,FRP用于结构加固的最常用方法是粘贴FRP加固法,即利用建筑结构胶将FRP直接粘贴在被加固结构的表面。外贴FRP对梁进行受弯加固时,常出现FRP与被加固梁在界面位置的剥离破坏,导致FRP的强度不能得到充分利用。这种破坏与胶层内及其界面的应力分布有关,准确地分析这些位置的应力分布对避免界面的剥离破坏具有重要的理论价值。目前,分析外贴FRP加固梁界面应力时都假设胶层中的应力沿厚度方向不变,而实际上胶层端部附近的应力分布比较复杂。已有理论模型得到的界面应力不能反映胶层内部应力的真实情况,且胶层中的应力往往无法通过试验测得,因此有必要对外贴FRP加固梁的胶层内应力做进一步的理论研究。通过理论推导和数值仿真,本文获得了如下研究成果:(1)提出了一个改进的外贴FRP加固梁中胶层应力的理论计算模型。该理论模型假设胶层内力满足铁木辛柯梁理论,全面考虑了胶层的内力;在界面位移相容方程中考虑了胶层位移,其中胶层的纵向剪切位移由铁木辛柯梁理论获得,横向变形由平面弹性理论获得,同时引入界面柔度系数以考虑胶层界面应力对局部变形的影响。本文基于平衡微分方程和变形协调条件,建立了关于外贴FRP加固梁内力的耦合控制微分方程组,求解后通过推导得到了胶层内部应力的表达式。(2)以一根均布荷载作用下的外贴碳纤维板加固混凝土简支梁为算例,建立了相应的有限元模型,通过将本文提出模型、已有两参数模型和有限元模型计算出的界面应力和沿厚度方向的胶层内部应力分布进行对比分析,验证了本文理论模型。(3)基于本文提出理论模型的解析解,分析探讨了胶层和FRP板的几何和材料性质对沿梁长方向和沿厚度方向的胶层应力分布的影响,同时研究了界面柔度对外贴FRP加固梁中胶层应力的影响。(4)在胶层中采用双线性的本构关系,建立相应的理论计算模型,得到了外贴FRP加固梁界面应力的弹塑性解析解。和线弹性解的计算结果进行比较,分析了胶层的弹塑性对外贴FRP加固梁界面应力的影响。并结合最大剪切应变准则推测了均布荷载作用下的外贴FRP加固梁的极限荷载。
【图文】：

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硕士学位论文相关理论对胶层的内部应力分布做进一步的研究。外贴 FRP 加固梁的剥离破坏研究进展在大量对外贴 FRP 板进行加固的钢筋混凝土梁的弯曲试验研究中发现，出现离破坏模式主要有端部剥离破坏（Plate-end debonding）和中部裂缝引起的剥坏（Intermediate crack-induced debonding，简称 IC debonding）两种[2]。

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外贴FRP 加固梁中胶层应力的研究（2）所有粘结界面上没有滑移或缺口；（3）被加固梁、胶层、FRP 板的内力满足铁木辛柯梁理论；（4）胶层内纵向应力沿其厚度方向线性分布，胶层内部的应力、应变符合平弹性理论。1.2 梁、FRP 板方程本文以外贴 FRP 板加固梁作为研究对象，其中被加固梁和 FRP 板之间通过层传力。如图 2.1 所示，为了区分不同材料的相关参数，梁和 FRP 相关符号下分别为 1、2，胶层下标为 a，梁高 h1，胶层厚 ha，FRP 厚 h2，梁宽 b1，板和胶宽皆为 b。整体坐标系的原点位于胶层中轴的左端，，x 轴位于胶层中轴。梁
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU37

【参考文献】