對纖維薄板增強混凝土構件的開裂性狀以及纖維薄板與混凝土的界面的剝離斷裂機理進行理論和實驗研究，構筑界面剝離破壞的分析模型，提出復合材料的斷裂力學新理論，建立纖維薄板增強混凝土構件的強度理論，對相關學科的發展，對橋梁、隧道、房屋等建筑物的抗震、防震、加固和維修，對新材料、新工藝、新結構的開發等意義重大，應用前景廣闊。 2100433B

廣義荷載下，纖維增強復合材料（FRP）加固混凝土結構往往因界面強度不足而發生界面剝離破壞。界面剝離過程復雜，試驗觀測難度大。有限元法等數值模擬方法在粘結界面本構模型、求解精度、網格重分和映射、大型非線性方程組求解、算法穩定性和收斂性等方面尚存不足。目前大部分研究針對靜載下的界面剝離問題，沖擊、碰撞和爆炸等動載作用下的界面剝離機理尚不明確。本項目擬基于Griffith應變能釋放率推導和驗證一種普適的彈塑性復合型裂縫擴展準則，結合面內剪切試驗建立合理的率相關界面單元本構模型，在FEM-SBFEM耦合技術、局部弧長法、高效的網格重分和映射技術的基礎上實現沖擊荷載下FRP-混凝土界面動態剝離全過程的快速顯式模擬，并與精細有限元和沖擊試驗相互驗證。通過參數分析揭示應變率效應、慣性效應、加載速率和粘結材料特性等因素對界面剝離宏觀規律和微觀表征的影響，為FRP加固混凝土結構的安全性研究奠定重要基礎。 2100433B

本項目經過三年的研究，取得了下述的研究成果：（1）引入未計及微尺度效應的薄膜彈塑性撕裂模型和三種雙參數擴展準則，描述AFRP/混凝土端部界面剝離破壞形態。采用ABAQUS軟件，結合ABAQUS損傷斷裂原理，定義內聚力模型的損傷和開裂行為來模擬粘結界面性能。建立了描述AFRP端部界面剝離破壞二維平面彈塑性模型，采用四點彎曲加載，考慮在不同AFRP加固量的情況下，研究端部界面剝離破壞規律。將二維剝離破壞模型擴展到三維，充分考慮加固梁的各組成部分，研究了不同AFRP加固量在混凝土梁端部發生剝離破壞時各組分的力學性能。（2）基于AFRP片材-混凝土界面粘結樹脂的微觀結構形態，引入微觀結構特征參數，依據摩擦理論及變形層理論等界面理論提出一個新的AFRP片材-混凝土界面本構模型。（3）根據預應力和非預應力芳綸纖維片材加固鋼筋混凝土梁的四點彎曲破壞特性，首先借鑒和采用復合材料力學的基本理論，建立含缺陷或損傷的分層分析模型，求出各子層的應力或位移分布，并結合線彈性斷裂力學中的能量法，研究了芳綸纖維片材加固含微裂紋的鋼筋混凝土梁的初始開裂問題。然后推廣上述剪滯分析模型，建立計及纖維逐步斷裂、局部芳綸纖維片材/混凝土界面剝離的應力重新分布計算模型，并采用統計斷裂理論，研究預應力和非預應力芳綸纖維片材加固鋼筋混凝土梁的破壞機理、開裂荷載和極限承載力，獲得了與實驗較吻合的計算結果。（4）根據Fick第二定律擴散控制方程，推導了以環境相對濕度為全局變量的濕度控制方程，求解了AFRP片材與混凝土梁的濕擴散率和濕含量關于相對濕度的一般表達式，建立界面層本構關系。（5）采用ABAQUS的質量擴散模塊，對AFRP纖維和UHL/EP復合材料及AFRP加固混凝土梁的吸濕行為進行了有限元模擬分析，利用溫度-結構耦合模塊研究了不同時刻材料內部的吸濕應力及界面損傷。結果表明：界面處的吸濕應力水平明顯高于其他的區域，AFRP材料端部由于吸濕容易發生剝離破壞。（6）在經典連續介質力學的框架內，通過加入表面能的影響，研究了納米材料彈性性能的尺寸依賴性。本項目的研究成果為AFRP加固混凝土結構提供了重要的理論依據，至結題時止，共發表論文11篇，其中在國內外重要刊物上發表論文8篇，在國際會議上發表論文3篇，SCI收錄1篇，EI收錄9篇，另有待發表論文3-4篇，圓滿高質量地完成原定的研究計劃。 2100433B