三点弯曲下FRP板增强SHCC梁的剥离分析模型与试验研究

摘要

应变硬化水泥基复合材料（strain hardening cement-based composites,SHCC，也称ECC）在直拉和弯曲时呈现与普通混凝土不同的多条细裂纹依次开裂的力学特性，为研究外黏FRP板（采用玻璃纤维增强树脂制得）增强SHCC梁（简称FRP-SHCC梁）在弯曲承载时的剥离行为，开展了FRP-SHCC梁的弯曲试验与理论分析。基于SHCC分段刚度折减的方法量化SHCC细密裂纹对其与FRP板黏结应力的影响，提出一种先分段变刚度，再联合界面应力分析与截面力系平衡分析的求解方法：首先，将SHCC开裂后的FRP-SHCC梁分为弹性区和开裂区；然后，将开裂区细分成若干小段，假设开裂区梁段的抗弯刚度与压区高度从跨中到弹性区分段线性变化；随后，结合FRP板与SHCC界面的黏结应力-滑移关系、材料本构关系、梁横截面的静力平衡和FRP板的轴力控制微分方程等因素，得出各梁段FRP板的轴力和界面切应力的方程，并根据梁段边界条件和连续条件，采用MATLAB软件编程求解；最后，得出界面切应力、荷载-应变关系、荷载-挠度关系和FRP板剥离的起始位置等。结果表明：计算的FRP剥离起始点位置与试验观察位置基本一致，峰值荷载与试验值相比的偏差范围为-7.79%～7.45%,FRP应变与试验值相比的偏差范围为-11.52%～8.13%；在加载过程中，梁的荷载-挠度关系、荷载-应变关系的计算结果与试验结果基本吻合。本文研究可为此类新型复合土木工程结构的设计和弯曲行为分析提供参考。

关键词

FRP板增强SHCC梁 / 剥离 / 梁段 / 弯曲刚度 / 界面 / 黏结应力