FRP片材加固混凝土界面断裂模型深度解析

本文探讨了纤维增强塑料(FRP)片材在外加固混凝土过程中，FRP与混凝土界面断裂模型的关键特性与分析方法。作者张雷、乔丕忠和陈方良基于黄河水利委员会黄河水利科学研究院、河海大学和上海交通大学的研究背景，针对FRP-混凝土复合结构的加固应用，着重研究了三种不同节点模型：刚性节点模型、半刚性节点模型和柔性节点模型。 刚性节点模型假设节点间的连接是完全刚性的，这导致在裂缝扩展时，它低估了试件的实际断裂柔度和应变能量释放率，因为忽略了界面的局部变形。这种方法提供了简单但不精确的结果，适用于初步设计阶段的估算。 相比之下，半刚性节点模型在一定程度上考虑了节点的弹性，但它仍然不能准确反映真实界面的复杂行为，特别是对于裂纹尖端处的断裂柔度和能量释放率的预测。这种模型的局限性在于它未能充分捕捉到剪应力和法向应力对界面剪切变形的影响。 柔性节点模型是对前两者的重要改进，它引入了两个界面柔度参数，能够更好地模拟剪切变形并提高计算精度。这种模型允许更精细地分析剪应力与法向应力之间的交互作用，从而得到更接近实际的断裂参数，对设计和评估FRP加固结构的可靠性具有更高的适用性。 研究还采用了数值分析方法，对统一的双材料界面断裂试件进行细致的分析，考察了在竖向荷载和等效弯矩作用下的能量释放率随裂缝扩展的变化情况。这一过程旨在揭示不同节点模型在不同加载条件下的性能差异，并为优化FRP片材的加固设计提供理论依据。 本文的关键词包括：界面力学与表面力学、刚性节点模型、半刚性节点模型、柔性节点模型、能量释放率以及界面断裂模型。研究成果对于理解FRP加固混凝土的力学行为，提升结构安全性和设计效率具有重要的学术价值，同时也有助于推动相关领域的科技进步和实践应用。