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随着钢筋混凝土结构的长期使用,钢筋受腐蚀侵害对结构造成了严重的损害,导致混凝土结构的承载力、使用年限均无法达到预期,更严重的甚至会直接导致结构发生破坏。选用抗腐蚀性能较好的纤维增强聚合物(Fiber-Reinforced Polymer,FRP)筋代替钢筋是解决钢筋混凝土(Steel-RC)结构锈蚀问题行之有效的方法之一。因此,近些年FRP筋在结构中的适用性受到了广泛关注。为不断深入了解FRP筋混凝土(FRP-RC)结构的破坏和工作机理,FRP筋与混凝土之间的粘结性能成为了众多学者研究的重点。
FRP筋弹性模量低,在破坏以前表现为线弹性的特征,这些异于钢筋的特征也引起了研究者们对FRP-RC结构抗震性能的关注。目前,已开展的FRP-RC柱和节点的抗震性能研究试验中发现,柱脚和节点处FRP筋滑移对柱和梁柱节点的变形贡献率非常大,因此有必要展开往复荷载作用下FRP筋的粘结滑移机理,从应力层面分析FRP-RC结构的抗震性能。为此,本文以单调荷载作用下的GFRP筋粘结性能的研究为基础,对往复荷载作用下的GFRP筋粘结性能展开了研究,具体研究内容如下:
(1)通过开展单调荷载作用下GFRP筋与混凝土的偏心拉拔试验,研究了筋材直径、表面处理形式、体积配箍率、混凝土保护层厚度和混凝土强度等因素对粘结性能的影响,结果表明:带肋GFRP筋的粘结强度高于黏砂GFRP筋;GFRP筋的粘结强度随着混凝土保护层厚度、强度、体积配箍率的增加而增加,随筋材直径的增加而减小。
(2)通过开展往复荷载作用下GFRP筋与混凝土的偏心拉拔试验,比较了单调与往复荷载下的粘结强度,重点分析了滞回曲线的滞回准则、卸载刚度以及筋材直径、表面处理形式、混凝土保护层厚度、混凝土强度和体积配箍率等因素对GFRP筋粘结退化的影响规律。结果表明:在达到峰值滑移前,往复荷载不会引起粘结强度的退化;而达到峰值滑移后,随着循环位移加载幅值的增加,GFRP筋的粘结性能退化明显,粘结退化率随混凝土强度、保护层厚度和体积配箍率的增大而减小,随筋材直径的增大而增大。
(3)参考已有的GFRP筋和钢筋的粘结应力-滑移关系本构模型,并结合单调和往复试验结果的分析和理论的推导,建立了单调荷载作用下的GFRP筋与混凝土的粘结应力-滑移关系本构以及往复荷载作用下的粘结应力-滑移滞回本构模型,并将提出的模型计算结果与试验结果进行了对比分析,分析表明模型能够较为准确的预测出粘结性能的特征值,并能较好的反映往复荷载作用下GFRP筋的粘结退化规律。
(4)通过有限元软件ABAQUS建立了本文拉拔试件的有限元模型,并将本文提出的粘结应力-滑移关系本构模型用于定义非线性弹簧单元的单元属性,用以模拟GFRP筋与混凝土之间的粘结滑移,将模拟结果与试验结果进行对比分析,验证了本构模型的可行性和有效性。
FRP筋弹性模量低,在破坏以前表现为线弹性的特征,这些异于钢筋的特征也引起了研究者们对FRP-RC结构抗震性能的关注。目前,已开展的FRP-RC柱和节点的抗震性能研究试验中发现,柱脚和节点处FRP筋滑移对柱和梁柱节点的变形贡献率非常大,因此有必要展开往复荷载作用下FRP筋的粘结滑移机理,从应力层面分析FRP-RC结构的抗震性能。为此,本文以单调荷载作用下的GFRP筋粘结性能的研究为基础,对往复荷载作用下的GFRP筋粘结性能展开了研究,具体研究内容如下:
(1)通过开展单调荷载作用下GFRP筋与混凝土的偏心拉拔试验,研究了筋材直径、表面处理形式、体积配箍率、混凝土保护层厚度和混凝土强度等因素对粘结性能的影响,结果表明:带肋GFRP筋的粘结强度高于黏砂GFRP筋;GFRP筋的粘结强度随着混凝土保护层厚度、强度、体积配箍率的增加而增加,随筋材直径的增加而减小。
(2)通过开展往复荷载作用下GFRP筋与混凝土的偏心拉拔试验,比较了单调与往复荷载下的粘结强度,重点分析了滞回曲线的滞回准则、卸载刚度以及筋材直径、表面处理形式、混凝土保护层厚度、混凝土强度和体积配箍率等因素对GFRP筋粘结退化的影响规律。结果表明:在达到峰值滑移前,往复荷载不会引起粘结强度的退化;而达到峰值滑移后,随着循环位移加载幅值的增加,GFRP筋的粘结性能退化明显,粘结退化率随混凝土强度、保护层厚度和体积配箍率的增大而减小,随筋材直径的增大而增大。
(3)参考已有的GFRP筋和钢筋的粘结应力-滑移关系本构模型,并结合单调和往复试验结果的分析和理论的推导,建立了单调荷载作用下的GFRP筋与混凝土的粘结应力-滑移关系本构以及往复荷载作用下的粘结应力-滑移滞回本构模型,并将提出的模型计算结果与试验结果进行了对比分析,分析表明模型能够较为准确的预测出粘结性能的特征值,并能较好的反映往复荷载作用下GFRP筋的粘结退化规律。
(4)通过有限元软件ABAQUS建立了本文拉拔试件的有限元模型,并将本文提出的粘结应力-滑移关系本构模型用于定义非线性弹簧单元的单元属性,用以模拟GFRP筋与混凝土之间的粘结滑移,将模拟结果与试验结果进行对比分析,验证了本构模型的可行性和有效性。