预应力FRP纤维布粘结补强技术中的界面剪切应力传递

【摘要】：采用粘结树脂将纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastics 或 Fiber reinforced Polymer,简称 FRP)外贴于结构表面,作为一种革新的、经济有效的修复、补强和翻新技术在国际上深受重视并已经获得了较多的应用和发展。为了充分利用 FRP 复合材料的优势,取得预期的补强效果,应先对 FRP 纤维布进行预张拉然后再粘贴于需修复补强的结构表面上。但过大的预应力会导致释放 FRP 张拉端后在附近出现很高的界面剪应力,一旦该剪应力超过界面的承载能力就会引起早期界面剥离破坏。本文主要探讨由预张拉端释放后的界面剪应力的传递情况以及可能的应力低减策略。首先,基于破坏力学的概念,对界面剪应力、FRP 轴应力、有效传递长度和在保证不发生界面剥离破坏情况下的最大可能施加的预应力进行了详尽的理论推导,并通过与有限元方法的比较验证了其正确性;然后,根据理论公式对影响剪应力集中的参数进行了研究,诸如 FRP 的弹性模量、厚度、宽度(在保证补强面积不变的情况下)、粘结层的刚度以及初始预应力大小。分析表明,FRP 厚度、粘结层的刚度和初始预应力是主要的三个影响参数。最后,通过结合前人研究,从结构合理设计角度讨论了减少应力集中的措施。本研究为 FRP 预应力技术的实际应用奠定了理论基础。