肋型FRP和钢筋与混凝土粘结性能的拉拔试验数值模拟评估与预测

摘要整理

本研究通过拉拔试验数值模拟，系统研究了混凝土与肋型钢筋的粘结行为，重点关注三种纤维增强复合材料（FRP）钢筋——玻纤增强复合材料（GFRP）、芳纶增强复合材料（AFRP）和碳纤维增强复合材料（CFRP）——与传统钢筋的对比，钢筋直径范围为10～14 mm。钢筋采用双线性弹塑性本构模型，FRP钢筋采用线性弹性模型。混凝土采用正则化耦合损伤-塑性Drucker-Prager微平面方法建模。通过Mohr-Coulomb型接触界面模拟混凝土与钢筋的相互作用，针对各类钢筋材料设置不同摩擦系数，并通过显式建模肋纹几何形状来考虑机械咬合作用。拉拔试验模拟结果与文献中的粘结-滑移解析模型和最大粘结应力预测公式进行对比验证。基于对比分析，提出了改进的粘结应力预测解析模型，与模拟数据的吻合度显著提高。研究结果表明：CFRP钢筋粘结应力性能最优，其次为AFRP、钢筋和GFRP；对所有钢筋类型，最大粘结应力和对应滑移量均随直径增大而降低；钢筋由于塑性变形表现出更大且不可预测的滑移，而FRP钢筋因线性弹性响应特性表现出更稳定、更可预测的行为。

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