FRP加固鋼筋混凝土結構抗爆炸、衝擊性能研究

《FRP加固鋼筋混凝土結構抗爆炸、衝擊性能研究》是依託昆明理工大學，由李曉琴擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：FRP加固鋼筋混凝土結構抗爆炸、衝擊性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李曉琴
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

纖維複合材料（FRP）在鋼筋混凝土（RC）結構加固中有廣泛套用，FRP 與混凝土的界面剝離破壞是FRP加固RC結構在靜力和動力荷載（如周期荷載、衝擊荷載和爆炸荷載）下的一種主要破壞模態。然而已有FRP與混凝土的粘結性能的研究成果僅局限於靜態的粘結滑移模型。本研究針對動力荷載作用下的FRP與混凝土的粘結性能展開深入研究，擬通過理論分析、實驗和有限元模擬提出高應變率下的動態混凝土的粘接滑移模型，在此基礎上結合爆炸和衝擊作用下的結構精細有限元分析，提出FRP加固RC結構抗衝擊和抗爆設計方法。本項目研究對提高加固後混凝土結構抵抗衝擊和恐怖攻擊的能力，減少由於衝擊和爆炸引起的生命財產損失，具有顯著的社會效益和經濟效益。

結題摘要

纖維增強複合材料（Fiber Reinforced Polymer，簡稱FRP）已經被廣泛套用於混凝土及其它結構的加固。目前最新的研究開始涉及用外貼FRP 加固技術增強結構抵抗爆炸和衝擊荷載的能力。FRP 與混凝土粘結界面是外貼FRP 加固混凝土結構中的薄弱環節，也是研究FRP加固鋼筋混凝土結構抵抗衝擊/爆炸荷載性能研究的關鍵所在。儘管已有大量針對準靜態荷載下FRP-混凝土界面行為的研究，然而針對高應變率下的FRP-混凝土界面行為的研究卻比較少。本項目首要針對FRP-混凝土動態粘結滑移行為的研究展開。由於界面剝離破壞主要發生在緊貼FRP的一薄層混凝土當中，因此混凝土的動態材性對FRP-混凝土動態粘接滑移行為的影響至關重要。因此本項目前期的研究首先分別針對混凝土模型和準靜態荷載條件下的FRP-混凝土界面粘接滑移模型展開。本研究詳細討論了準靜態條件下混凝土並選擇了基於LS-DYNA顯式算法的K&C局部損傷混凝土模型。在具體模擬準靜態荷載條件下FRP-混凝土界面粘結滑移過程中進一步細化分析了剪下破壞模態下混凝土抗剪膨脹係數的套用，並通過有限元模擬和大量試驗數據樣本的比較給出了一個與混凝土強度等級相關的混凝土抗剪膨脹係數公式。研究給出的能夠準確模擬準靜態荷載條件下FRP-混凝土動態材性的有限元模型為進一步考量動態荷載條件下的界面粘結滑移行為提供了基礎。接著本研究針對混凝土的動態材性展開深入研究。混凝土動力增強因子DIF-應變率關係曲線在有限元套用中的實現是本部分研究的重點，根據有限元模擬和大量試驗結果的比較，本研究最終給出了該曲線在有限元模擬套用中加入格線敏感性和應變率敏感性的修正方案。混凝土的動態材性被順利引入到FRP-混凝土搭接接頭有限元試驗模擬中，並隨之推導出一個由滑移速率和剪下增強因子控制的FRP-混凝土動態粘結滑移模型。FRP-混凝土搭接接頭衝擊試驗數據和模擬數據的比較進一步證明了該模型的正確性。該模型還被引入FRP加固鋼筋混凝土結構抵抗爆炸荷載的模擬研究中。同時本研究還提出了FRP加固鋼筋混凝土結構抵抗衝擊/爆炸荷載的加固方案。