FRP加固受弯构件的界面应力研究

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近年来,在建筑行业飞速发展的同时,越来越多的旧建筑出现了不同程度的损坏,需要进行加固和修复。由于纤维增强复合材料(FRP)具有优越的力学性能、稳定的物理性能和良好的可操作性,该材料被广泛地用于加固建筑结构及桥梁的构件。对于采用FRP加固的受弯构件,剥离破坏是被加固构件主要的破坏形式,这种破坏具有明显的脆性且破坏时不能充分发挥FRP的承载能力。各国的学者对这一问题进行了大量的理论和试验研究,获得了一定的成果,但其失效机理仍需进一步研究。通过理论推导和数值实验分析,本文获得了如下研究成果:(1)进行了FRP加固受弯简支梁的界面应力理论分析。基于变形协调原理和相应假设,作者建立了界面应力的控制微分方程组。在建立控制微分方程组的过程中,通过Timoshenko梁理论引入了梁和FRP的剪切变形的影响,使本文理论解更符合真实情况。采用加权余量法,通过不同形式的试函数,基于最小二乘原理,分别求解了界面应力的控制微分方程组,确定了界面应力的通解。(2)通过CFRP板加固的受弯简支梁,首先确定了相对较好的试函数形式。然后求解了界面剪应力和界面正应力。通过与现有理论解的对比,分析了梁和FRP的剪切变形对于界面应力的影响,并评价了本文提出的理论解的准确性和适用性。通过对加固梁几何参数和材料参数的研究,确定了影响界面应力的主要参数。(3)完成了FRP加固受弯简支梁的数值试验分析。通过分析,验证了梁和FRP的剪切变形对于界面剪应力和界面正应力的影响。通过将有限元计算结果与理论解进行对比,进一步确认了本文提出的理论解得准确性。并对胶层厚度不均匀、弹性模量不连续的情况进行了有限元研究,分析了其几何尺寸和出现位置对于界面应力和胶层中应力的影响。
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