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利用纤维薄板加固砼构件以增加其延性和承载力是近年来国内外迅速发展起来的一种新型补强技术,它已日益广泛地应用于道路、桥梁、土木工程等领域。多年来,关于纤维薄板加固砼构件的承载力、破坏机理及纤维板的增强效果等问题一直是国内外研究的热点,但是目前的研究多局限于纤维加固的工程应用和实验分析。该文借鉴复合材料力学方法,首先对承受四点弯曲的纤维加固砼构件建立分层剪滞分析模型,然后采用断裂力学中的能量法和复合材料力学中的统计断裂理论,导出了相应的破坏准则,并求出了在各种破坏模式下的极限承载力。该文旨在揭示纤维增强砼构件的弯曲破坏机理,为纤维薄板增强砼构件的优化设计提供理论依据,并为此类构件的弯曲破坏分析开辟一种新的研究途径和方法。
该文主要完成了下述研究工作:
1.借鉴复合材料力学的分析方法,建立一种分层剪滞模型,并结合线弹性断裂力学的能量法,研究了碳纤维薄板加固含微裂缝素砼梁和钢筋增强砼梁的四点弯曲破坏问题,求得的破坏荷载大多与试验较吻合。该文为此类构件的弯曲破坏分析提供了一种新的研究途径和方法。
2.进一步推广上述的剪滞分析模型,建立一种计及跨中界面破坏的分层剪滞模型,并结合能量破坏准则,研究了含微裂缝的碳纤维板加固素砼梁和钢筋砼梁在四点弯曲荷载作用下的应力重新分布和极限承载力,首次定量获得了碳纤维板与砼梁之间的界面破坏区长度和极限承载力与界面剪切强度的关系。结果表明:界面破坏区长度随界面剪切强度和碳纤维粘贴层数的增加而减小;极限承载力随碳纤维粘贴层数的增加而增加,随界面剪切强度的增加是先增大后减小;适宜的界面黏结,极限承载力最高。
3.在上述研究的基础上,采用复合材料力学中的细观统计破坏理论,进一步研究了承受四点弯曲荷载作用的碳纤维和玻璃纤维板加固砼构件在板断裂模式下的极限承载力。最后将结果与实验结果进行比较,从而验证了该文模型及分析方法的正确性和可靠性。