基于离散元的GFRP筋-水泥土界面黏结特性分析

作者:张根宝; 何仕林; 陈昌富; 徐长节; 毛凤山
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加筋水泥土结构的承载力取决于钢筋水泥土界面的粘结性能。为了深入探讨GFRP筋与水泥土界面粘结性能的机理,利用国产matrix 离散元软件MatDEM进行了GFRP筋在水泥土中的拉拔试验。首先,将在数值模拟获得的荷载位移曲线与实验结果进行比较,以验证数值模型的可靠性。然后,通过对加筋水泥土界面位移场演化、剪切带发展和胶结破坏演化规律的模拟计算分析,从细观层面揭示了GFRP加筋水泥土界面的粘结滑移机理。最后,通过参数分析,研究了形态特征对界面粘结和滑移特性的影响。结果表明:(1)GFRP地区钢筋与水泥土界面在粘结和滑动的全过程中存在两种剪切破坏,第一种剪切破坏发生在拉拔位移为4mm时,第二种剪切破坏发生在拉拔位移为10mm时。(2) 随着拉拔位移的增加,剪切带的厚度和剪切颗粒数总体呈上升趋势,在拉拔初期上升趋势较为明显,随着界面滑移的发展,上升趋势逐渐减缓。(3) 随着粒径的增加,胶结破坏点逐渐从界面沿直径向两侧的水泥土扩展。胶结破坏曲线与荷载位移曲线之间存在分段现象,二者之间存在对应关系。(4) GFRP筋体的肋距主要影响对应于界面荷载峰值和谷值的拉拔位移。肋高对界面载荷的峰值和谷值有显著影响,在恒定的肋间距下,存在一个最佳肋高度,可以最大限度地提高界面粘结强度。研究结果可为加筋水泥土结构界面承载力的设计和计算实践提供必要的参考。