FRP加固混凝土动态断裂本构及其声发射特性研究

Restoration and reinforcement for existing concrete structures with Fiber Reinforce Plastic (FRP) has become a significant part of construction. Due to the remarkable differences between static and dynamic characteristics of concrete structure, the lagged research progress of the dynamic characteristics of concrete structure is now a bottleneck of structure analysis. Therefore, research on dynamic fracture performance of FRP-reinforced concrete is a problem urgently needed to be solved. Based on research on dynamic characteristics of FRP-reinforced concrete, as well as real-time and dynamic nondestructive detecting acoustic emission(AE) technology, this project carried out the research on dynamic fracture constitutive relationship and AE characteristics of FRP-reinforced concrete, studied the mechanical mechanism of damage and fracture of FRP-reinforced concrete, analyzed interfacial detachment of dynamic damage and fracture of FRP-reinforced concrete, established the functional relations between AE signal parameters and interface stresses of FRP-reinforced concrete, conducted experiments on dynamic damage and fracture of FRP-reinforced concrete with AE technology, increased the capacity to reinforce and strengthen the damage and fracture of concrete, explored a way to reinforce the dynamic damage and fracture characteristics of FRP-reinforced concrete, constructed a damage and fracture constitutive model of FRP-reinforced concrete. The study of this project developed a new concept for research on fracture mechanics, provided new indicators and important theoretical basis for existing fracture characteristics of concrete, furthermore, provided key supporting technologies for restoration and reinforcement of concrete structures.

FRP对既有混凝土结构工程的修复加固已成为建设领域的重要组成部分，由于混凝土结构静动态力学性能之间存在明显差异，且混凝土动力特性研究的滞后已成为结构分析的“瓶颈”，因此，亟需开展FRP加固混凝土动态力学特性的研究。本项目在FRP加固混凝土静态断裂特性研究基础上，基于实时动态的无损检测声发射技术，开展FRP加固混凝土动态断裂本构及其声发射特性研究，研究FRP加固混凝土动态损伤断裂力学机理，分析FRP加固混凝土动态损伤断裂界面剥离过程，建立声发射信号参量与FRP-混凝土界面应力之间的函数关系式，实施基于声发射技术的FRP加固混凝土动态损伤断裂试验，提升混凝土损伤断裂修补加固能力，探索FRP加固混凝土动态损伤断裂特性方法，构建FRP加固混凝土动态损伤断裂本构模型。本项目的开展，为断裂力学的研究开拓了新的思路，对现有混凝土断裂特性提供新的指标和重要理论依据，并为混凝土结构修复加固提供关键技术支撑。

在混凝土结构服役的过程中，混凝土结构的性能逐渐发生退化。从降低成本的角度来分析，虽然很多混凝土结构存在问题，但不能因此而拆除重建，所以针对带裂缝混凝土结构亟需开展增强加固工作。本项目结合混凝土损伤断裂力学中的双K断裂理论，构建了FRP增强标准混凝土三点弯曲梁试件和FRP增强非标准混凝土三点弯曲梁试件基本断裂参数的计算模型，全面的开展了FRP增强标准混凝土三点弯曲梁和FRP增强非标准混凝土三点弯曲梁试件静动态荷载下的损伤断裂试验，推导出了FRP增强标准和非标准带裂缝混凝土三点弯曲梁双K断裂韧度计算公式，系统研究了FRP种类、FRP粘结层数、FRP粘结长度、初始缝高比以及试验加载速率对FRP增强标准和非标准带裂缝混凝土梁试件断裂参数的影响，提出了一种FRP增强带裂缝混凝土的最佳增强加固方法，提高了其在混凝土工程中的加固效率。在此基础上深入研究和分析了FRP增强混凝土的损伤断裂机理，揭示了FRP增强混凝土损伤断裂界面的剥离规律。同时通过实时、动态的三维定位声发射技术，基于“反向源”或“逆源”特性，提高了FRP增强混凝土损伤断裂模型的计算精度。通过该项目的研究，可以为断裂力学研究开拓新的思路，对现有混凝土断裂特性提供新的指标和重要理论依据，并为混凝土结构修复和增强加固提供关键的技术支撑。