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浅谈断裂力学在FRP加固混凝土梁中的应用 贾建杰 （重庆交通大学，重庆　400074） 基于断裂力学的补强材料与混凝土界 面力学特性和混凝 土与FRP之间的粘聚力在断裂区的分布没有清晰的表达出来， 摘要： 土断裂力学对 FRP 材料在加 固混凝土梁的应用方面的研究。 而是给出了断裂过程区内混凝土粘聚力的合力大小给出了上 断裂 ；FRP ；混凝土 下两个极限，开裂的上限认为在断裂的过程中粘聚力的大小即 关键词： 为混凝土梁的相应开裂强度，下极限认为混凝土梁的断裂过程 一、断裂力学在混凝土方面的研究 区的长度为零，即混凝土属于脆性材料。在接下来通过参数 许多学者都采用断裂力学的方法对锚固钢筋与水泥砂浆在 研究分析，得出了承载力的上下极限受到断裂过程中断裂区 界面处黏结问题、FRP材料与混凝土的接触面黏结问题进行过 的长度和FRP布厚度的影响。通过一系列的试验发现，虽然 研究。1961年，在混凝土方面首次引入断裂力学概念，并进承载力在不断增加，但是裂缝开展到一定的数值便不再变化。 行了断裂韧度试验。这在当时引起了学术界的重视。自此以后， 承载能力的大小取决于断裂过程区的长度，并且与断裂过程区 断裂力学在混凝土方面的研究越来越多。由于应用于混凝土方 的长度成反比。基于Wu和Davies的理论模型，得出的结论是， 面的断裂力学的知识来源于金属材料的研究，而混凝土是水泥 梁的抗裂阻力与断裂过程区的长度成正比例关系，但是混凝土 与骨料经过化学反应后形成的各向异性材料，致使其内部结构 自身的强度却对抗裂阻力的影响很小。FRP板的厚度与梁的 复杂，从而破坏机理也比较复杂。随着对混凝土的研究深入， 承载力和抗裂阻力成正比例关系，并且也有助于梁的强度完全 舍弃了一些不符合混凝土特点的基本假定、理论及试验方法， 发挥出来。 并采用了能反映混凝土本身特点的新假定、新理论及新的试验 （二）Wu和Yep针对跨中预制裂缝的FRP筋混凝土梁断 方法，从而逐渐形成了断裂力学在非金属方面的分支—混凝土 裂问题进行了研究。 断裂损伤力学。 混凝土跨中裂缝的扩展和张开受到FRP筋的限制。假设 混凝土与FRP之间不存在摩擦阻力而是可以滑移的，同时考 二、混凝土在断裂时的受力特点 虑到界面处的粘聚力在混凝土断裂过程区的作用，并且根据假 （一）混凝土是一种脆性材料，其受力后产生裂缝，并且 设的应变线性分布，得出的结论是，裂缝的开展程度与混凝土 在裂缝的尖端产生集中应力。如果混凝土构件预先存在裂缝， 梁的截面特性和断裂过程区的长度有关。界面之间的粘聚力在 并对其施加李，这样在裂缝的尖端存在着许多微小的裂缝，而 断裂过程区内表达不清晰，因此需要考虑两种极限状态下的承 且当其达到应力的极限状态时，裂缝的前端存在亚临界扩展 载力。同时研究了K阻力曲线对断裂过程区的长度和FRP筋 区。在裂缝扩展的亚临界过程中，整个构件的受力呈现出非线 的配筋率的影响。通过以上的分析表明，梁的承载能力和抗裂 性性能的变化。 阻力的性能与断裂区尖端的应力分布有直接关系。 因此研究混凝土这种准脆性材料的断裂问题仍然采用传统 线弹性断裂力学的方法显得不够准确。与此同时，计算得到的 总结：在钢筋混凝土使用的过程中，由于其长期受到周期性荷 混凝土断裂韧度具有明显的尺寸效应影响。为此，研究者提出 载的作用下，并且混凝土结构容易产生裂缝，因而混泥土容易 了许多断裂损伤模型以研究混凝土的非线性断裂问题。这些断 退出结构受力工作。突出性的问题表面在承载能力不足刚度大 裂模型有虚拟裂缝模型、裂缝带模型、双参数模型、尺寸效应 大下降和脆性较大。这些问题导致结构需要进行拆除重建或者 模型、等效裂缝模型、双K断裂准则以及基于粘聚力的瓜阻 加固改造。但是重建的成本过高，且不利于循环利用，因此 力曲线模型。断裂力学在FRP材料与混凝土基体界面处粘结 加固是较为合理的选择。由于FRP复合材料具有轻质、高强 问题中的应用，可认为当外界作用与