纤维增强复合材料嵌入式加固混凝土结构的受弯性能

与传统加固法相比，纤维增强复合材料(FRP)嵌入式加固法具有工作量少、粘结性好和适于负弯矩区加固等优点。通过梁式粘结试验研究嵌入式FRP的槽边距、槽间距和槽尺寸对粘结性能的影响，确定其最小尺寸。基于FRP种类和尺寸、混凝土和填充料强度、粘结长度等参数分析，建立FRP的粘结－滑移模型。研究不同延伸长度情况下FRP的应变分布和FRP与混凝土间的荷载传递机理。对FRP嵌入式加固混凝土梁进行受弯试验研究，研究混凝土和填充料强度、钢筋配筋率、FRP配筋率和粘结长度等参数对受弯性能的影响，进行加固梁受弯全过程分析，探讨其受弯破坏形式和破坏机理。基于粘结－滑移模型，对加固混凝土结构受弯性能进行有限元分析，建立有限元模型，提出FRP嵌入式加固混凝土结构受弯设计方法。FRP嵌入式加固混凝土结构受弯性能研究是土木工程结构加固领域迫切需要解决的课题，本项目将为FRP加固混凝土结构设计和应用提供理论和试验依据。

FRP嵌入式加固法作为一种新型加固技术得到了广泛的关注，FRP嵌入式加固法与传统加固方法法相比，有高强度，操作简便，抗腐蚀，耐疲劳等许多优点。目前，针对嵌入式加固技术的研究尚处于起步阶段，仍未能形成完整的理论计算模型，因此还需要对其进行深入研究。. 在FRP嵌入式加固混凝土梁受弯试验的基础上，选取粘结长度（分别为1200mm、1600mm和2000mm）、二次受力（分别为加固前初加载至屈服荷载的30%和80%后进行加固以及加固前由屈服荷载的80%卸载至30%后再进行加固）、加固量（直径分别为10mm及13mm的CFRP筋）、单双槽以及嵌槽位置(单槽加固梁于梁底中部加固、双槽加固梁的槽间距分别为槽边距的1、2倍)作为试验参数，对FRP筋嵌入式加固钢筋混凝土梁的破坏形式、破坏机理、承载力及变形性等能进行了对比分析。试验研究表明：FRP筋嵌入式加固混凝土的承载能力、抗裂性能及刚度等均有明显提高。. 为了改进FRP界面锚固性能，通过试验研究附加锚固措施对FRP嵌入式加固混凝土梁力学性能的影响。试件包括对比梁、FRP嵌入式加固梁、采取锚固措施的FRP嵌入式加固梁和二次受力的FRP嵌入式加固梁。采取的锚固措施为粘贴钢压片形式，即在梁底的跨中位置，集中力作用位置及FRP筋端部位置用粘结材料粘贴钢压片。研究发现这种锚固措施在延缓FRP筋剥离有一定的效用。. 运用有限元分析软件对FRP嵌入式加固混凝土梁受弯性能进行了非线性有限元分析，计算结果与试验数据吻合较好，验证了模型建立的正确性，为深入研究提供了依据。. 采用JC法对FRP嵌入式加固混凝土梁受弯性能进行可靠度分析。考虑不同破坏模式和设计变量对加固构件可靠度的影响。荷载效应比、混凝土强度等级、钢筋强度、受拉钢筋配筋率和FRP加固量都对加固构件可靠度指标有重要影响。. 考虑到混凝土梁在氯离子环境中的时变特性，建立了加固构件的时变抗弯承载力模型。采用蒙特卡洛法对构件进行了可靠度分析，当构件处于氯离子环境中时，钢筋容易发生锈蚀，混凝土将发生锈蚀开裂，抗弯承载力与可靠度指标均有大幅下降，需要进行加固处理。当采用FRP进行嵌入式加固后，随服役时间的延续，加固构件承载力与可靠度指标下降速率大幅减小，延长了构件的使用寿命。FRP用量和混凝土保护层厚度对加固构件的可靠度指标影响显著。