FRP加固混凝土梁弯剪裂缝引起的剥离分析.pdf

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1、·232·工程科技FRP加固混凝土梁弯剪裂缝引起的剥离分析张贝宜（河南省水利第二工程局，河南郑州450000）摘要：为了研究FRP加固混凝土梁弯剪裂缝引起的剥离问题，考虑了正应力在混合模式加载下的作用，及对界面剪切强度的变弱行为影响，提出四参数理论模型。通过与已有实验数据比较，证明该分析方法可预测综合拉-剪作用下的界面剥离。关键词：FRP；剥离；弯/剪裂缝；混合模式开裂；变弱行为1概述FRP具有优良的特性，包括高强度/重量比、抗腐蚀性强、易于应用、良好的延性[1]。在混凝土梁的受拉边粘贴FRP板，是弯曲加固混凝土结构的有效方法。对于加固结构，破坏通常由FRP从混凝土基体上剥离引起的。

2、已有的文献中[2-9]多集中于模式I或模式II裂缝引起的破坏，然而，弯剪裂缝引起的剥离是混合模式。正如文献[10]所证明，所有界面破坏本质上都是混合模式，而这方面的研究很少[11-13]。图1弯剪裂缝张开引起剥离本文考虑了由弯剪裂缝引起的正应力在混合模式加载下的作表1用，以及对界面剪切强度的变弱行为影响，提出了四参数理论模型来研究FRP-混凝土界面剥离，并且证明该分析方法能够用于受综合拉-剪作用下的实际材料体系。2界面分析2.1弯剪裂缝引起混合模式加载下剥离理论模型。弯剪裂缝引起的剥离是在混合模式下进行传播。裂缝的张开和剪切将在裂缝两边产生水平位移和垂直位移。沿着界面剥离部分的开口位

3、移（界面正方向）将减小内锁作用并使剪切变弱积累。对于通常由裂缝引起剥离的合理分析，应该考虑这种起层作用。本文中，分析受综合拉-起层作用下剥离。假设在
=

处，开始产生剥离，剥离区变弱行为遵循四参数模型即
=


ks
kv（1），

为剥离产生后的局部切应力；s和v分别为剥离区相对滑移和垂直张开位移，K1和K2为相应的变弱参数。如图1所示，说明实际梁的情况。剪切裂缝的两边，垂直位移的存在将导致FRP板弯曲。在剥离区的两边，假设FRP粘附于弹性基底的梁，弹性基底的基底刚度由胶层的弹性模量与厚度计算。采用作用于端部的轴力，则剥离区FRP板的挠度
dv方程：EI
=M
Pv

4、
Vx(2)；VL
M
MPv-w-w

（3），dx为作用在FRP板上的水平轴向力；M1，M2和V分别为板末端的弯矩与剪应力。则挠度方程的通解为：
P
P
M
Vkw2
V2

M图2v=cexp

xcexp
xx（4）其中c1，c2为积分
==+E
I
EI

PPBBB（10）。常数。在粘结区，通过胶层的剪切变形，应力转移到混凝土。u
u为了求得以上通解的常量c1和c2，需要一定边界条件。采用局=G=G
（11），u和u分别为板的位移、混凝土底部位pcx=0
v=

5、v
v=

h部坐标起点位于剥离FRP的左半边，则有（1）；d

（2）x=L
v=v
v=

移。采用FRP任意部分的平衡，t=（12）联立以上两个方程dx按照弹性基础理论，对于在Winkler基底上的梁挠度控制方程
得弹性区控制方程为：d
ht

（13），对于剥离区，
dx
G==EEdw
k为+4
w=0（5），其中
为
。d
x4EId
GkGkv控制方程表述为=
（14），
为分析dx

GhktEE
GhktL
在剥离区的左半边，挠度和转角为（6）。截面

6、底部混凝土的应力。在剥离区的右半边，M2通过方程（3）与其他参数有关。由于W1在本文中，只集中在作用于加固梁部分的纯弯情况。正如Leung和W2相比于V0非常小，关系简化为M
=VL
M
Pv（7），之后和Tung所说，对于沿梁弯矩变化，结果将不会存在显著差异。假设
获得挠度W2个转角
：混凝土界面右半部的质心为“e”，总的平衡为M
eBt
（15），Bp和t2V2
M2V2

VLMPv2V4

VLMPvw=+
=+，（8）。分别为FRP板的宽度与厚度，

为受拉端FRP应力。基于混凝土
kkkkkk界面上的平截面假设，

7、得到
与
间的关系为6M4

tB



=为了满足变形相容性条件，给出FRP剥离与粘结部分的挠度（16），B和D为混凝土基体的宽度和高度。BDBDv
wv
vw




与转角关系：

，

，

，（9）。在弹性区控制方程为d

（17），其中
=
由M和V得：
1dx基金项目：广西科技厅项目（2011GXNSFA018024）;广西教育厅项目（200911MS115，201010LX215）;广西柳州市应用技术研究