环境与荷载耦合作用下预应力FRP片材加固桥梁界面粘结性能退化规律研究

预应力FRP技术是克服传统FRP加固利用材料低效缺点的最有效解决途径，是现阶段FRP加固研究的重要发展方向，其中加固桥梁的疲劳性能是该方向的关键科学问题。本项目针对现有研究在界面粘结退化及环境耦合作用方面的认识不足，发展基于光纤分布式传感（BOTDR）的试验及监测技术；通过疲劳试验考察FRP-混凝土界面的滑移模量软化及剥离裂缝扩展规律，运用断裂力学理论分析界面裂缝发生及发展模式，明确疲劳应力作用下的界面粘结退化机理；进而研究潮湿环境与疲劳荷载对界面粘结的耦合损伤机制，探寻端部锚固退化对界面粘结性能的作用机理，开展加固实桥长期监测，结合试验研究、数值分析和实桥监测，建立环境与疲劳应力共同作用下考虑端部锚固的界面粘结退化模型，提出针对性的加固桥梁界面性能耐久性设计方法。为建立预应力FRP加固桥梁耐久性设计理论及寿命预测方法提供试验与理论依据，以期推动预应力FRP片材加固技术的应用发展。

外贴FRP加固正在混凝土桥梁加固中得到日益广泛的应用，加固桥梁的疲劳性能是工程人员应用该技术时所关心的关键问题，有研究成果指出FRP-混凝土粘结界面剥离破坏是加固桥梁疲劳破坏的形式之一，因此有必要研究外贴FRP-混凝土粘结界面的疲劳性能。本项目围绕环境和疲劳荷载作用下FRP-混凝土界面的粘结性能，主要开展了以下工作：（1）通过试验研究考察了静载下的FRP-混凝土界面粘结性能，构建了界面粘结的有限元分析模型，比较了局部粘结滑移关系试验值和理论值；（2）实施了预应力CFRP板加固混凝土梁的冻融耐久性试验研究，考察了冻融循环和应力耦合作用下FRP-混凝土界面粘结的退化规律；（3）进行了FRP-混凝土粘结界面双剪疲劳试验，分析了胶层厚度和粘结长度等因素对界面粘结疲劳性能的影响；（4）开展了冻融和疲劳荷载共同作用下FRP-混凝土界面粘结性能的试验研究，总结了相关规律；（5）基于损伤力学发展了一种FRP-混凝土粘结界面疲劳损伤的数值模拟方法。本项目的试验研究与理论分析结果表明：FRP-混凝土粘结界面在冻融环境和疲劳荷载作用下会发生显著退化，进而影响加固桥梁疲劳性能，本项目成果为进一步研究FRP加固混凝土桥梁的疲劳性能并建立相关设计理论奠定了重要基础。本项目在国内外重要学术期刊上已发表论文5篇，会议论文1篇，另录用期刊论文3篇，正在投稿期刊论文3篇，申请发明专利1项，获得实用新型专利1项，培养硕士研究生7人。