FRP-混凝土组合梁受力性能分析、试验与设计方法

针对基础设施中日益严重的钢材锈蚀问题和纯FRP（纤维增强复合材料）结构初次投入大、刚度低等不足，本项目意在发展新型、高耐久性的FRP-混凝土组合梁。首先，设计两种新型、高耐久性的FRP-混凝土组合梁；其次，通过试验研究FRP与混凝土连接性能，探寻多试验参数对连接性能的影响规律，建立FRP/混凝土界面粘结-滑移本构模型，提出实用的组合界面抗剪设计方法；再次，通过理论分析、数值模拟与试验研究FRP-混凝土组合梁基本力学性能，归纳、总结和完善已有的组合梁基本力学性能理论分析方法，提出适合初步设计的简化分析与设计方法；最后，通过理论分析、数值模拟与试验研究FRP-混凝土组合梁长期力学性能（徐变、疲劳和温差），提出组合梁长期力学性能理论分析方法。通过上述组合梁受力性能的系统研究，建立一套实用的FRP-混凝土组合梁受力性能分析、试验与设计方法，为推广该新型组合梁在实际工程中应用提供科学依据。

针对基础设施中日益严重的钢材锈蚀问题和纯FRP（纤维增强复合材料）结构初次投入大、刚度低等不足，本项目发展了一种新型高耐久性的FRP-混凝土组合梁。首先，通过单剪试验对4种FRP与混凝土间连接方式的粘结性能进行了较系统的研究，考察了这4种连接方式的粘结破坏特征和粘结-滑移关系，分析了多种因素对FRP与混凝土间粘结性能的影响，并提出了FRP剪力键抗剪设计方法。试验结果表明：4种优化后的连接方式均可作为FRP-混凝土组合结构中有效的组合界面连接措施。其次，在分析了该新型组合梁中可能发生的各种失效模式的基础上，归纳、总结和完善了已有的组合梁基本力学性能理论分析方法，提出了适合组合梁初步设计的简化分析与设计方法，并给出了三种优化失效模式下的设计步骤；对1根纯FRP梁、3根FRP-混凝土组合梁进行了弯曲试验研究，考察了组合梁试件中各种连接的性能，了解了组合梁试件的极限抗弯承载力及其失效模式，同时对组合梁试件进行了详细的有限元分析。研究表明：增加混凝土层后，组合梁试件的刚度得到了大幅提高，同时试件的造价刚度比也大幅下降，有限元分析可以很好地预测试件的静力性能。再次，对FRP-混凝土组合梁的徐变和疲劳性能进行了详细分析，提出了经历持续加载和循环加载后组合梁剩余强度和变形的预测方法；考察了温度改变引起的CFRP/GFRP界面应力分布情况，对温差作用下的组合梁性能进行了分析；在此基础上，提出了组合梁长期力学性能（徐变、疲劳和温差）的理论分析方法。将两种徐变理论预测法与徐变试验结果进行了对比分析，发现理论预测值与试验结果吻合得很好。研究表明所提出的理论分析方法可用于长期荷载作用下组合梁的优化设计。最后，对一根FRP梁和一根FRP-混凝土组合梁进行了静载试验，研究了基于嵌入式FBG的FRP-混凝土组合梁自感知特性；基于FBG监测应变数据，提出了具有自感知特性FRP-混凝土组合梁的性能预测方法；研究结果表明：嵌入式FBG传感器能非常准确地反映FRP试件的内部应变，基于FBG监测应变可很好地预测FRP-混凝土组合梁的荷载和挠度等性能。通过上述组合梁受力性能的系统研究，建立了一套实用的FRP-混凝土组合梁受力性能分析、试验与设计方法，为推广该新型组合梁在实际工程中应用提供科学依据。