基于粘结滑移理论的钢-FRP-高强混凝土空心夹层桥面板理论与试验研究

本课题提出一种适合中小跨径桥梁快速建造维修的、具有较高耐久性能的钢-FRP-高强混凝土空心夹层组合桥面板。对FRP组合桥面板，拟开展基于粘结滑移理论的理论与试验研究。针对实际施工状况，研究湿粘结技术下FRP板与高强混凝土界面粘结性能，分带T型肋和钢-T型肋两种剪力件开展相应的试验研究；对FRP组合桥面板及钢梁-FRP组合桥面板梁开展静、动力试验研究。在测定界面强度特征值的试验基础上，综合运用界面力学、损伤力学理论和有限单元法建立FRP板、粘结层和混凝土组成的复合结构模型。从界面破坏机理分析出发，确定具有实用意义的评价参数，利用评价参数，建立界面强度准则并确定界面由完全连续→接触滑移→剥离的阈值。分析FRP组合桥面板、钢梁-FRP组合桥面板梁的动力响应机理、疲劳寿命。在试验研究与理论分析的基础上，提出适合工程实际的组合板、梁抗弯、抗剪承载力以及变形、应力、裂缝宽度等设计计算方法。

基于国家自然科学基金面上资助项目“基于粘结滑移理论的钢-FRP-高强混凝土空心夹层组合桥面板理论与试验研究” ，本项目开展了以下研究内容：.1.进行了FRP-混凝土组合板的优化设计，确定了组合板的界面尺寸。.2.建立FRP-混凝土组合板空间有限元模型，分为施工阶段和运营阶段，分别对其进行了受力性能分析。.3.提出了FRP-混凝土组合板的混合单元法，将计算结果与实体单元和壳单元模型进行了比较分析。.4.建议了钢-FRP-混凝土组合简支梁桥的结构形式，分析了横向分布影响系数。.5.进行了湿技术条件下不同界面形式、浇筑混凝土时机及混凝土养护时间的FRP板-混凝土单剪界面试验研究，分析了它们对界面破坏形式及剥离荷载的影响，得到了界面荷载-滑移本构关系，给出了湿技术条件下局部粘结剪应力-滑移本构关系模型。.6.进行了不带T型肋和带T型肋的FRP型材-混凝土界面推出式试验研究，分析了两种不同型材的界面剥离荷载。.7.应用数字图像相关技术，对湿技术条件下FRP-混凝土界面单剪试验中的部分试件进行了观测，得到了各级荷载下GFRP板的位移和应变场，与传统测量方法的结果和有限元模型的计算结果进行了比较分析。.8.进行了FRP型材-混凝土组合梁的试验研究，分析了组合梁的破坏形态，裂缝开展和分布情况、挠度、界面滑移及FRP板的应力；基于拉-压杆模型，建立了组合梁斜截面抗剪承载力计算方法；考虑界面滑移建立了组合梁长期变形的预测方法。.9.进行了不同直径，不同形式及不同材料的FRP筋与混凝土粘结试验研究，得到了荷载-滑移曲线和剥离荷载，观测了粘结破坏方式，分析了粘结强度及影响粘结强度的因素，建立了局部粘结应力-滑移本构关系模型。.10.进行了钢-FRP-高强混凝土空心夹层组合梁的试验研究。试验考虑钢梁与FRP-混凝土组合板的不同连接方式，观测了组合梁破坏形式、变形及界面滑移，得到了组合梁荷载-挠度曲线，FRP板应变及受压区混凝土应变。