聚脲基涂层对碳纤维布加固混凝土力学性能影响的研究

为了提高碳纤维布加固混凝土中碳纤维材料与混凝土之间相互作用的性能,研究提出在混凝土和碳纤维布之间增加一层柔性聚脲基涂层,通过模型试验及有限元仿真计算的手段,对比分析了有无聚脲基涂层对碳纤维布加固力学性能的影响。试验结果表明,含有聚脲基涂层时可以改善界面处的粘结性能,提高其剥离承载力和界面剥离破坏能等。基于双线性内聚力的界面粘结—滑移关系曲线,运用有限元分析软件ABAQUS分别对聚脲基涂层有/无两种工况进行非线性有限元仿真分析。模拟结果表明,当含有聚脲基涂层时,数值分析结果和试验结果具有较好的一致性。试验结果和数值解均证明了聚脲基涂层可以提高碳纤维布(CFRP)和混凝土基面之间的极限承载力和界面剥离破坏能,对水工结构碳纤维加固实际应用具有参考价值。     

水压和变形下嵌缝材料设计及黏接层破坏机理研究

水工建筑物伸缩缝的破坏及渗漏问题会直接影响水工结构自身的安全稳定。本文基于南水北调穿黄隧洞工程实际背景,引入基于内聚力(Cohesive Zone Model)单元界面破坏有限元模型,进行了伸缩缝嵌缝材料在背水压作用下的仿真分析,并将其结果与室内压水试验的应变-荷载数据进行对比,给出了适合于聚脲基复合防渗体系嵌缝内聚力单元的断裂能。同时,分析计算了伸缩缝宽度及嵌缝深度对结构抵抗水压能力的影响,证明所取参数的正确性。进一步分析了伸缩缝变形和水压力作用条件下的仿真结果,给出了伸缩缝变形、伸缩缝宽度、嵌缝深度及承载能力之间的关系。本文结果可为伸缩缝的结构设计提供指导。     

基于坝—岩基—水耦合解析的坝肩动力稳定分析

为了模拟三维状态下坝、岩基、库水的动力相互作用机理,研究提出了基于坝—岩基—水耦合的三维有限元分析方法。通过分析坝—岩基—水耦合动力相互作用理论,给出了坝—库水体的耦合条件、坝—岩基—库水的边界条件以及地震时粘性边界的分析方法。以某拱坝工程为实例,应用耦合三维有限元方法计算了拱坝及滑裂面应力分布,采用有限单元法和刚体极限平衡法,计算了坝肩各处的抗滑稳定安全系数。结果表明:最大拱向应力、梁向应力均出现在下游面,分别为1.43 MPa、1.50 MPa,在材料可承受的范围内。通过有限元法计算得到的拱坝坝肩岩体抗滑稳定安全系数为2.78~3.23,通过刚体极限平衡法计算的抗滑稳定安全系数为2.89~3.43,两者相差很小,说明该计算方法是有效的。研究成果可为拱坝坝肩抗滑稳定分析提供参考。     

伸缩缝防渗结构聚脲基涂层剥离破坏研究

水工建筑物普遍存在伸缩缝渗漏破坏问题,其破坏机理亟待研究。本文基于南水北调工程实际背景,引入损伤断裂力学理论,建立了内聚力单元的有限元仿真模型,并根据防渗涂层剥离试验的反向压力-位移变形数据,给出了适合于聚脲基复合防渗体系黏接层内聚力单元的刚度和黏聚系数等参数。计算了剥离反向压力,分析了聚脲基防渗涂层厚度对剥离临界反向压力的影响,以及水压力和伸缩缝扩展位移工况下,涂层厚度、涂层弹性模量和内聚力单元切向黏接强度对涂层剥离破坏长度的影响。数值计算结果表明,剥离反向压力与剥离试验的结果基本一致,说明内聚力模型参数的合理,能够有效模拟聚脲基复合防渗涂层剥离破坏的力学机理。同时,水压力和伸缩缝扩展位移工况下的分析结果,也说明了建立的聚脲基防渗涂层破坏分析方法对伸缩缝的防渗设计具有定量的指导作用。