纤维增强塑料桥面铺装黏结界面裂纹萌生与扩展演化研究

进行FRP桥面铺装界面力学模型和界面裂纹的应力强度因子的研究，发展高效、高精度的组合网格法并行有限元界面力学分析程序。进行FRP桥面铺装界面裂纹的破坏理论与实验研究，分析界面裂纹的扩展演化和破坏机理，建立FRP桥面铺装界面裂纹的破坏准则。进行界面裂纹疲劳萌生机理的分析，研究界面裂纹起裂的有效的评价方法。进行界面裂纹疲劳扩展演化规律的实验研究，采用有限元法和数值外插法对所测得的裂纹进行分析，建立起FRP桥面铺装界面疲劳强度寿命的评价准则。为FRP桥面铺装体系的设计制造及其强度与可靠性评价提供理论依据。FRP桥面铺装界面的裂纹萌生与扩展演化问题，反映了结合材料的力学行为的重要的共性特征，对它进行深入系统地研究，对于碳纤维材料、钢板等对桥梁结构加固的可靠性评价和钢桥面铺装理论与技术的发展都具有十分重要的意义。

开展了结合材料界面裂纹应力强度因子的研究，阐述了结合材料界面破坏准则和综合评价方法。提出了一种新的考虑摩擦的接触算法-逐点Lagrange乘子法。与传统接触算法相比，该算法无需对总刚度阵求逆，降低了求解规模，提高了计算效率。分析了Brazilian盘中心裂纹和双材料Brazilian盘中心界面裂纹，通过位移线性外插法计算了裂尖应力强度因子。采用虚拟闭合法和扩展有限元法对裂纹萌生与扩展进行了分析。分别对均质材料裂纹的萌生与扩展、均质材料的疲劳扩展、结合材料中的亚界面裂纹和界面裂纹的扩展进行了研究。开展了一种基于网格重剖分技术的裂纹扩展分析方法的研究，研制了相应的有限元程序，通过均质材料裂纹扩展和结合材料的界面裂纹扩展数值仿真，验证了方法的正确性和程序的可靠性。采用损伤力学的方法来分析含有损伤材料的裂纹扩展演化机理,并研制了损伤力学有限元分析程序。通过静载试验研究了FRP桥面板模型在公路标准轮载下的工作性能。对车辆荷载作用下沥青混凝土桥面铺装层的应力分布情况进行了分析。开展了FRP桥面板铺装结构的低温弯曲试验、拉拔试验和剪切试验，为我国第一座基于FRP桥面板的组合结构公路桥的桥面铺装设计与施工提供了理论依据。