FRP-混凝土界面粘结滑移本构及荷载位移曲线计算方法

本发明涉及frp-混凝土界面，具体地，涉及一种frp-混凝土界面粘结滑移本构及荷载位移曲线计算方法。

背景技术：

1、钢筋混凝土结构在遭受火灾后往往能通过加固修复继续投入使用，与“大拆大建”相比具有成本低和污染小等显著优势。过去常见的混凝土结构加固措施主要有增大截面法、外包钢结构法等方法，它们普遍存在工序繁琐、施工周期长、增加自重、侵占使用空间和耐久性能差等缺点。与之相比，纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer，简称frp)具有比强度、比模量高、抗腐蚀和抗疲劳性能强等显著优势，近三十年来已在土木工程领域得到了广泛应用，是高温后混凝土的理想加固修复材料。其施工工艺十分简单，通常只需先用环氧树脂将混凝土表面浸润，然后在其上方贴附frp布，同时在每层frp布表面均匀涂抹环氧树脂胶层，最后待树脂充分固化后即可投入使用。

2、在frp加固混凝土结构的设计过程中，frp与混凝土之间的界面性能是影响结构力学性能的关键因素。这是由于frp与混凝土共同受力时，frp和混凝土之间会产生相对滑移，并引起界面剪应力。目前frp-混凝土的界面性能在常温下已得到了系统研究，并形成了较为成熟的设计方法。然而对于frp-高温后混凝土界面而言，目前尚且缺乏界面粘结-滑移本构及荷载-位移曲线的计算方法，这已成为当前加固结构设计的难题，阻碍了外贴frp加固法在火灾/高温后混凝土结构的推广应用。

3、经检索发现：

4、申请公开号为cn113901545a的中国发明专利，公开一种frp筋ecc构件粘结滑移本构模型的建立方法，其包括以下步骤：步骤1、建立初步本构模型，初步本构模型的计算公式包括粘结强度τ、滑移量s、最大粘结强度τm、与最大粘结强度相对应的筋材滑移量sm以及曲线形态调整参数m、n；步骤2、建立τm、sm与frp筋材直径、frp筋材应力、ecc材料中纤维掺量之间的关系；步骤3、建立曲线形态调整参数m、n与frp筋材直径、frp筋材应力、ecc材料中纤维掺量之间的关系；步骤4、建立frp筋ecc构件粘结滑移本构模型。但是，利用该专利中的方法仍无法得到frp-高温后混凝土之间的界面性能。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种计算过程简洁明了的frp-混凝土界面粘结滑移本构及荷载位移曲线计算方法。

2、根据本发明的一个方面，提供一种frp-混凝土界面粘结滑移本构计算方法，该方法包括：

3、获取frp-高温后混凝土界面的基本参数；

4、获取常温下frp-混凝土界面的断裂能gf,0和延性系数b0；

5、根据所述基本参数和断裂能gf,0，计算frp-高温后混凝土界面断裂能gf,t；

6、根据延性系数b0，计算frp-高温后混凝土界面延性系数bt；

7、根据frp-高温后混凝土界面断裂能gf,t和延性系数bt，计算frp-高温后混凝土界面粘结滑移本构。

8、进一步地，所述获取frp-高温后混凝土界面的基本参数，其中，所述基本参数包括混凝土基座的参数和外贴frp的参数。

9、进一步地，所述混凝土基座的参数包括：常温下混凝土抗拉强度ft、混凝土基座宽度bc和混凝土基座厚度tc；

10、所述外贴frp的参数包括：frp的弹性模量ef、frp的宽度bf和frp的厚度tf。

11、进一步地，所述获取常温下frp-混凝土界面的断裂能gf,0和延性系数b0，其中，断裂能gf,0的计算公式为：

12、

13、其中，

14、进一步地，所述计算frp-高温后混凝土界面断裂能gf,t，其中，界面断裂能gf,t计算公式为：

15、

16、其中，t为混凝土所经历的最大温度。

17、进一步地，所述计算frp-高温后混凝土界面延性系数bt，其中，界面延性系数bt的计算公式为：

18、

19、进一步地，所述计算frp-高温后混凝土界面粘结滑移本构，其中，frp-高温后混凝土界面粘结滑移本构的计算公式为：

20、

21、其中，τf,t为frp-高温后混凝土界面的剪应力，单位为mpa，s为frp-高温后混凝土界面的相对滑移，单位为mm。

22、根据本发明的另一方面，提供一种frp-混凝土界面荷载位移曲线计算方法，该方法包括：

23、利用上述的frp-混凝土界面粘结滑移本构计算方法计算frp-高温后混凝土界面粘结滑移本构；

24、获取常温下混凝土弹性模量ec,0，并计算高温后混凝土的弹性模量ec,t；

25、根据所述高温后混凝土的弹性模量ec,t，基于所述frp-高温后混凝土界面粘结滑移本构，计算frp-高温后混凝土界面荷载滑移曲线。

26、进一步地，所述常温下混凝土弹性模量ec,0可通过静力受压弹性模量试验测得，也可通过混凝土抗压强度试验值计算，所述计算高温后混凝土的弹性模量ec,t，其中，高温后混凝土的弹性模量ec,t的计算公式为：

27、

28、其中，t为混凝土所经历的最大温度。

29、进一步地，所述计算frp-高温后混凝土界面荷载滑移曲线，其中，当粘结长度足够长时，frp-高温后混凝土界面荷载滑移曲线的计算公式为：

30、

31、其中，p为加载端拉力，δ为加载端位移，

32、与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：

33、本发明提供的frp-高温后混凝土界面粘结滑移本构及荷载位移曲线计算方法，充分考虑了高温对混凝土材料自身，以及对frp-混凝土界面断裂能和延性系数的影响，仅需基础几何参数和常温下的材料参数即可得到计算结果，计算过程简洁，可靠性较高，利用文献中frp加固高温后混凝土单剪试验的荷载位移曲线试验数据验证了该方法的准确性。

技术特征：

1.一种frp-混凝土界面粘结滑移本构计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的frp-混凝土界面粘结滑移本构计算方法，其特征在于，所述获取frp-高温后混凝土界面的基本参数，其中，所述基本参数包括混凝土基座的参数和外贴frp的参数。

3.根据权利要求2所述的frp-混凝土界面粘结滑移本构计算方法，其特征在于，所述混凝土基座的参数包括：常温下混凝土抗拉强度ft、混凝土基座宽度bc和混凝土基座厚度tc；

4.根据权利要求3所述的frp-混凝土界面粘结滑移本构计算方法，其特征在于，所述获取常温下frp-混凝土界面的断裂能gf,0和延性系数b0，其中，断裂能gf,0的计算公式为：

5.根据权利要求4所述的frp-混凝土界面粘结滑移本构计算方法，其特征在于，所述计算frp-高温后混凝土界面断裂能gf,t，其中，界面断裂能gf,t计算公式为：

6.根据权利要求5所述的frp-混凝土界面粘结滑移本构计算方法，其特征在于，所述计算frp-高温后混凝土界面延性系数bt，其中，界面延性系数bt的计算公式为：

7.根据权利要求6所述的frp-混凝土界面粘结滑移本构计算方法，其特征在于，所述计算frp-高温后混凝土界面粘结滑移本构，其中，frp-高温后混凝土界面粘结滑移本构的计算公式为：

8.一种frp-混凝土界面荷载位移曲线计算方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的frp-混凝土界面荷载位移曲线计算方法，其特征在于，所述计算高温后混凝土的弹性模量ec,t，其中，高温后混凝土的弹性模量ec,t的计算公式为：

10.根据权利要求8所述的frp-混凝土界面荷载位移曲线计算方法，其特征在于，所述计算frp-高温后混凝土界面荷载滑移曲线，其中，当粘结长度足够长时，frp-高温后混凝土界面荷载滑移曲线的计算公式为：

技术总结
本发明提供一种FRP‑混凝土界面粘结滑移本构及荷载位移曲线计算方法，粘结滑移本构计算方法包括：获取FRP‑高温后混凝土界面的基本参数；获取常温下FRP‑混凝土界面的断裂能G<subgt;f,0</subgt;和延性系数B<subgt;0</subgt;；根据基本参数和断裂能G<subgt;f,0</subgt;，计算FRP‑高温后混凝土界面断裂能G<subgt;f,T</subgt;；根据延性系数B<subgt;0</subgt;，计算FRP‑高温后混凝土界面延性系数B<subgt;T</subgt;；根据FRP‑高温后混凝土界面断裂能G<subgt;f,T</subgt;和延性系数B<subgt;T</subgt;，计算FRP‑高温后混凝土界面粘结滑移本构。本发明方法可靠性较高，计算过程简洁，有助于推动外贴FRP加固法在高温损伤混凝土结构的应用。

技术研发人员：高皖扬,谢文剑,吕恒达,段德馨,王天赐
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12