NSM-CFRP混凝土加固界面应力理论解析

目的研究内嵌式碳纤维(NSM-CFRP)加固混凝土粘结界面的脱粘机理,并且预测界面的剥离强度.方法以微元理论为基础,建立了NSM-CFRP与固化环氧树脂胶层及混凝土粘结界面应力的控制方程.通过设定的粘接应力-滑移关系,对界面失效全过程进行了分析.CFRP与固化环氧树脂胶层及混凝土粘结界面的受力破坏过程划分为3个阶段:弹性阶段、弹性软化阶段、软化脱粘阶段.对4组拉剪试验极限承载力的试验值与拟合后的计算值进行比较.结果给出了FRP-混凝土界面剪应力、相对位移(滑移量)表达式以及载荷与相对位移关系.不同粘结长度得到的极限承载力解析解与拉剪试验得到的试验值进行对比吻合较好,误差在10%以内.结论得到了计算剥离强度的表达式,极限剪应力和极限滑移量与材料的性能以及其几何因素有关,需要结合试验数据进行拟合.     

方钢管混凝土柱界面的滑移位移

基于最小势能原理计算方钢管混凝土柱的界面滑移位移。建立方钢管混凝土柱的拉拔力学模型,利用最小势能原理在锚固长度方向建立方钢管与混凝土界面的相对滑移计算公式,求解出型钢混凝土界面的相对滑移并进行了数值计算与分析,与有关文献试验结论基本一致。方钢管与混凝土界面的相对滑移具有二次曲线分布的基本特征。研究成果可以用来描述型钢混凝土界面的相对滑移规律,对于完善钢管混凝土设计理论及进一步研究粘结-滑移本构关系具有一定意义。     

三维锯齿型结构面直剪特性分析

结构面特性对于岩体稳定性具有重要的影响,为了研究锯齿型结构面的强度和变形特征,利用数值计算软件建立了三维结构面岩体试样的计算模型,采用界面单元模拟结构面特性,得到结构面在正应力和剪应力作用下,结构面剪切强度与起伏角的关系、应力应变关系以及剪胀效应.结果表明,结构面起伏角对内摩擦角的影响程度大于对黏结力的影响程度;相对法向位移与相对切向位移关系曲线明显地随法向应力大小不同而呈现出不同的变化趋势;在不同的起伏角和正应力状态下,法向位移和剪切位移之间均符合线性关系.     

均布荷载下型钢混凝土简支梁的滑移位移计算

在型钢混凝土粘结滑移的实验研究基础上,对均布荷载形式下型钢混凝土粘结滑移的分布规律进行了分析.由弹性力学理论,推导了型钢混凝土简支梁在均布荷载作用下滑移位移的函数关系式,并进行了数值计算与分析.计算表明,构件中型钢与混凝土界面的相对滑移的基本特征,与相关试验结论相一致.研究结果可以用来描述型钢混凝土界面的相对滑移规律,同时为研究型钢混凝土构件粘结滑移本构关系奠定理论基础.     

HB-FRP布加固混凝土对其界面粘结性能的影响

HB-FRP布加固混凝土的多接触界面组合作用导致其界面粘结性能较为复杂.在试验研究基础上,建立了考虑混凝土塑性损伤、界面粘结的HB-FRP加固数值计算模型;对比分析了荷载-滑移关系、界面应变分布、粘结滑移关系和界面破坏形态;进行了FRP层数和机械锚固件间距的参数分析.研究结果表明:数值计算模型能可靠地反映HB-FRP加固界面粘结特性,HB-FRP加固能够有效抑制剥离发展;机械锚固件位置粘结滑移关系呈现典型的弹性上升、软化下降、残余平台三段线特征,粘结应力最后趋于稳定而不是降为零;机械锚固件位置的破坏面呈"楔形",剥离厚度大于普通FRP粘结部位; FRP厚度超过5层后张拉承载力才开始增加;张拉承载力不会随着机械锚固件间距的减小而持续增加,机械锚固件间距为250mm时,能够充分发挥HB-FRP加固模式的加固效率,为等厚度普通FRP粘结的4. 2倍.     

FRP与砖界面粘结性能的数值分析

利用有限元软件ABAQUS建立纤维复合材料(FRP)-砖界面分析模型,模拟其粘结应力分布,加载端荷载-位移曲线及界面应力的传递过程,并与试验结果进行对比分析.结果表明:数值模拟结果与试验结果吻合较好,采用的FRP-砖界面计算模型具有可行性;粘结承载力随着FRP与砖粘结长度的增加而增加,当粘结长度达到某一定值后,粘结承载力基本不增长,此时增加粘结长度可改善试件的延性,增加试件的极限位移.     

锚固体锚根段的传力机理试验研究

基于理论分析、模型试验与曲线拟合方法，初步研究了由预应力钢锚索、水泥砂浆和混凝土体三种异质材料粘结复合而成的锚固体内锚根段界面性状、传力机理和界面应力；建立了钢锚索与水泥砂浆之间界面上作用应力表达式、径向开裂准则与滑移条件以及剪应力与位移之间关系式，提出了混凝土与水泥砂浆粘结界面的作用机制及其开裂时剪应力与正应力关系式、剪应力与位移关系式，为深入分析预应力混凝土锚固体或预应力岩锚体的锚固机理奠定了一定基础     

预制管混凝土柱粘结性能试验研究及数值分析

为了研究新型预制管混凝土柱界面之间的粘结性能,利用ABAQUS内聚力模型,建立了新型预制管混凝土柱轴心推出的非线性有限元分析模型,并基于推出试验实测结果对模型进行了修正,继而研究了外壳预制管、核心混凝土、两者交界面的应力、粘结及相对滑移沿加载方向的变化规律。研究结果表明:经过试验修正的数值模型能够较好的反应出预制管混凝土柱的受力特性,试验及数值分析结果对进一步研究新型预制管混凝土柱粘结性能有一定的参考价值。     

基于能量法的型钢混凝土构件的界面滑移计算

根据国内外关于型钢混凝土粘结滑移性能的试验研究资料,在已有对型钢混凝土粘结应力沿锚固长度的分布规律的基础上,引入能量法求解型钢混凝土界面的相对滑移. 以型钢混凝土圆钢管柱为例,建立了型钢与混凝土界面的沿锚固长度方向相对滑移的基本计算公式. 计算结果表明,圆钢管混凝土柱中型钢与混凝土界面的相对滑移具有二次曲线分布的基本特征.     

弯曲裂缝引起FRP混凝土界面剥离的数值分析

目的找出混凝土裂缝扩展对纤维增强材料FRP与混凝土界面粘结性能的影响规律.方法基于断裂力学理论,采用商业软件ANSYS中的界面单元模型(Cohesive Zone Model CZM),模拟素混凝土梁跨中I型裂缝扩展以及FRP与混凝土界面II型裂缝的扩展过程.结果随着混凝土裂缝的扩展,加固梁承载力出现两个峰值:第一个峰值出现在混凝土宏观裂缝扩展的起始点,此时FRP布的应力低于500 MPa,FRP与混凝土界面切应力在混凝土裂缝附近较大,其余部分切应力及界面滑移量基本为零,界面处于完全粘结状态.第二个峰值出现在FRP与混凝土界面发生剥离时刻,之后界面剥离从混凝土跨中裂缝位置向梁端部扩展,加固梁的承载力保持在第二个峰值上,FRP布应力达到1 480 MPa,界面粘结切应力及滑移量向FRP端部移动,跨中完全剥离的界面,切应力降为零,滑移量保持不变.结论计算得到的荷载随混凝土开裂的变化趋势及峰值荷载与试验值吻合较好,说明笔者提出的数值模拟方法能较准确地预测CFRP加固带缝混凝土梁的承载力.     

基于ANSYS软件的钢筋砼间粘结滑移分析

钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种具有不同物理力学性质的材料组合而成的复合材料,其本构模型比较复杂.钢筋与混凝土两者之间的粘结滑移关系,虽然历经近百年的试验研究,对钢筋混凝土机理的认识水平日益深刻,但在有限元分析中还不是很完善.通过选用合适的材料本构模型和粘结滑移模型,建立有限元分析模型,从而进行全过程的模拟分析.     

钢筋混凝土结构数值模型的改进

概述了钢筋混凝土结构有限元模型，针对有限元法模拟钢筋和混凝土两种介质交界面上不协调位移的不足之处，引入界面应力元法，分析了钢筋混凝土结构中界面问题的特点，提出了用界面应力元法模拟钢筋混凝土结构的建议，并对界面元法的实施方法作了阐述。     

单桩非线性分析的半解析半数值方法（英）

提出了一种半解析半数值方法，该方法可用于计算埋置于多层土中单桩的荷载位移非线性分析，在本文中，采用了两种理论模型来构造单桩的传递函数，第一种模型为双曲线模型，用于计算桩土界面处的剪尖力与其相对位移的非线性关系，第二种模型为Randolph所提出的理论解，用于确定桩周土中的剪应力和位移场，对现场试验结果和有限元分析结果进行了比较后说明，按本文所建议的方法所得的三种计算结果（荷载位移曲线，证明了本文所提方法的可靠性和准确性，此外，根据本文所提的构造传递函数的方法，考虑对桩，桩对土，承台对桩的相互影响，可以构造出考虑桩－土－台共同作用的传递函数，近而可以计算分析桩－土－台共同作用。     

应力比对铝钢复合材料界面Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响

以铝钢复合材料的Ⅰ型界面裂纹为研究对象,运用节点位移外推法求解复合材料Ⅰ型界面裂纹的应力强度因子,得到的应力强度因子通过节点位移表示.对应力强度因子进行有限元数值模拟,研究应力比和应力强度因子之间的关系.研究结果表明:在同一应力比条件下,应力强度因子随裂纹尺寸比的增大而增大;在同一裂纹尺寸比条件下,应力强度因子随应力比的增大而增大.     

加锚节理岩体的复合界面元模型

利用界面元法来研究岩体中的不连续问题是非常有效的。文章研究了节理岩体作为复合块体的等效模型,建立了包含层状节理的复合界面元分析模型,并研究了包含锚杆界面的加锚岩体复合界面元非线性分析模型;针对锚杆所穿越节理面有可能相接触和张开2种情形,分析了锚杆在节理面的抗剪作用机理,导出了相应的弹塑性矩阵。给出的算例表明该法是适用有效的。     

往复荷载下锈蚀钢筋混凝土粘结滑移劣化模型

基于已有往复荷载下未锈蚀钢筋混凝土构件的粘结滑移模型,考虑了钢筋锈蚀的影响,从细观的角度对粘结滑移外包线、粘结强度衰减系数、摩擦粘结强度衰减系数、反向粘结强度以及残余粘结强度和其所对应的滑移值进行了理论上的推导和修正,提出了低周往复荷载下考虑循环劣化的锈蚀钢筋混凝土构件的粘结滑移模型,将理论所得的数据和已有实验数据进行对比,结果吻合较好.研究结果对考虑钢筋锈蚀条件下混凝土构件的抗震性能有参考价值.     

钢绞线与水泥浆体粘结—滑移性能试验研究

本文主要通过试验研究分析了钢绞线与水泥浆体(以下简称浆体)结合面粘结—滑移特性,根据实测的粘结应力和滑移量值,用最小二乘法原理给出了粘结—滑移关系的数学模型,为确定预应力锚固沐系内锚头长度和承载能力以及用非线性有限元法分析其破坏机理提供了必要的条件。     

基于扩展二相杂交应力有限元法的两相材料界面裂纹断裂力学分析

实际应用过程中,由于复合材料界面两侧各相材料性能各异以及制造过程中存在的缺陷,在外载荷的作用下,界面处产生大量初始微裂纹进而扩展相交形成宏观裂纹最后扩展贯通导致结构失效。因此,对于界面裂纹的分析研究对优化复合材料,提高其应用性能及可靠性是十分重要的。提出了一种扩展二相杂交应力有限元法,通过构建包含边界裂纹、水平中心裂纹以及倾斜裂纹的两相材料的扩展二相杂交应力有限元单元模型对界面裂纹进行断裂力学分析。应用Lagrange乘子法将各个界面裂纹面面力为零边界条件和未断裂界面的面力连续条件引入修正余能泛函中,在每一相材料域内假设高阶多项式应力函数,充分考虑界面形状的影响,构建互作用应力函数,引入双材料界面裂纹裂尖附近奇异应力场函数。基于Fortran程序求解后得到单元应力场,采用最小二乘法计算了界面裂纹的应力强度因子。通过该方法得到的数值模拟结果和传统有限元分析的数值结果进行比较,验证该方法的有效性和准确性。     

堆石坝面防渗膜-垫层料界面力学特性试验研究

堆石坝面防渗土工膜与垫层料界面的力学特性关系到防渗体的抗滑稳定性以及整个大坝的安全性.采用土工合成材料界面直剪拉拔仪分别对复合膜和HDPE纯膜与无砂混凝土及聚合物透水混凝土两种垫层料、加糙PVC膜与表面复合细骨料聚合物透水混凝土的界面力学特性进行了试验研究.试验结果表明：HDPE纯膜与两种垫层界面的剪应力-剪位移关系具有不同程度的应变软化特征,界面峰值强度高于残余强度;而复合膜与两种垫层界面的剪应力-剪切位移关系无明显软化现象;复合土工膜与两种垫层界面抗剪强度高于纯膜与两种垫层界面的抗剪强度;聚合物透水混凝土和无砂混凝土与复合膜界面抗剪强度差别不大,聚合物透水混凝土界面抗剪强度略低;糙面PVC膜与表面为细骨料聚合物透水混凝土的咬合力较大.     

考虑渗透水压力的黏土与混凝土接触面力学特性

采用大型直剪仪进行黏土与混凝土接触面的单向直剪试验,研究接触面在不同渗透水压力和法向应力作用下的力学特性,并对黏土与混凝土接触面的强度及应力变形特性进行分析,基于双曲线模型提出了考虑渗透水压力作用的黏土与混凝土接触面本构模型。结果表明:接触面的剪应力与相对剪切位移较好地满足双曲线关系,竖向位移表现为剪缩;接触面的抗剪强度与接触土体的饱和状态显著相关,当土体由非饱和状态过渡至饱和状态时,接触面抗剪强度随渗透水压力的增大显著降低;当接触土体趋于饱和时,抗剪强度随渗透水压力增大的降幅随之减小,且与有效法向应力间呈较好的线性关系;模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了所提出的考虑渗透水压力作用下黏土与混凝土的接触面本构模型是合理的。