Stress Variation Model of Bond Stress-Slip Relationship Between Steel Bar and Concrete

-Based on the experimental data, a stress variation model of the bond stress-slip relationship between steel bar and concrete is established. The characteristic of the model is that the boundary conditions are satisfied very well; the effects of the material properties, the concrete cover, the crack spacing and the distance from the cracked cross section are considered. Good agreement between measured and calculated bond stress-slip relationship is found. This model is useful for the study of the stiffness, deformation and crack width of reinforced concrete members, and for the nonlinear analysis of reinforced concrete structures by the finite element method.

高温后钢-PVA混杂纤维高性能混凝土与变形钢筋黏结性能试验

为研究高温后钢-聚乙烯醇(polyvinyl alcohols,PVA)混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete,HFHPC)与变形钢筋的黏结性能退化规律,以200、400、600、800℃为目标温度,选取钢纤维体积率、PVA纤维体积率、矿粉掺量为正交试验因素设计并制作25组HFHPC试件,完成了单调荷载下的中心拉拔试验。结果表明:高温后各组HFHPC试件黏结破坏形态均表现为钢筋拔出破坏;试验温度范围内,对HFHPC试件黏结强度的影响程度均为:钢纤维体积率最大、矿粉掺量次之、PVA纤维体积率最小;随着温度的升高,HFHPC试件黏结强度逐渐下降,且在相同温度条件下,HFHPC试件黏结强度和峰值滑移相比于未掺纤维的混凝土试件均有所提升,其中,200℃时HFHPC试件的黏结强度提升最为显著,分别提升了33.69%、35.76%、37.54%和46.03%;混杂纤维能显著提高高温后高性能混凝土与钢筋的峰值界面能,明显改善黏结延性和耗能能力;提出的考虑温度作用后的混杂纤维混凝土与钢筋黏结-滑移模型与试验实测结果吻合较好,可为火灾后混杂纤维高性能混凝土结构损伤评估及加固方案提供参考。

HB-FRP黏结混凝土界面性能试验研究

FRP与混凝土的界面黏结效果是外贴FRP加固技术(EB-FRP)中的关键,FRP与混凝土黏结界面过早失效会使FRP的利用效率大大降低。混合粘贴纤维复合材料加固(HB-FRP)以机械锚固和胶黏结并用的手段,用以抑制FRP的过早剥离。为明确HB-FRP对界面黏结性能的影响,进行了不同锚固形式的单向剪切试验,对比研究了EB-FRP和HB-FRP锚固方式的锚固性能,分析了不同扭矩和钢扣件个数对HB-FRP试件的剥离荷载和FRP利用率的影响,基于HB-FRP组合界面黏结-滑移统一模型对试验数据进行拟合,通过试验结果验证HB-FRP组合界面剥离荷载计算模型。结果表明,相较于EB-FRP,HB-FRP试件的剥离荷载和FRP利用率均有明显提高,且随着扭矩和扣件个数的增加而提高;验证了剥离荷载计算模型的有效性,可用于计算HB-FRP组合界面的剥离荷载。

矿山法隧道初期支护中栓钉型钢与喷射混凝土界面黏结滑移本构模型与试验研究

[目的]为探明矿山法隧道初期支护中栓钉型钢与喷射混凝土界面黏结滑移本构关系。[方法]以栓钉长度、直径和布置形式为变化参数,设置4组不同工况,进行腹板带栓钉的型钢-喷射混凝土短柱推出试验,分析其破坏模式、荷载-滑移特性和承载力等。[结果及结论]栓钉试件的破坏模式受栓钉数量和强度影响,分为拉裂破坏和胀裂破坏两类;典型的平均黏结强度-相对滑移曲线可分为无滑移段、曲线上升段、曲线下降段和水平残余段;室内试验证明栓钉直径和布置形式是影响承载能力的主要因素;根据受力机制建立带栓钉的型钢与喷射混凝土界面的黏结滑移本构模型,并经室内试验和数值模拟双重验证,表明提出的黏结滑移本构模型精度较高。研究结果可为矿山法隧道型钢与喷射混凝土支护结构设计提供理论支持。

锈蚀对钢筋与混凝土之间粘结性能影响研究综述

钢筋锈蚀导致横截面积减少,同时锈蚀产物体积膨胀导致混凝土开裂和剥落,影响混凝土与钢筋的粘结能力,对混凝土结构的承载能力和使用寿命产生影响。本文基于国内外广泛的研究成果,分析了不同钢筋锈蚀实验方法的优劣和适用性。对于锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能,探讨了中心拉拔试验、偏心拉拔试验和梁式试验的优劣。分别研究了纵筋和箍筋锈蚀对粘结强度的影响,并构建了以钢筋锈蚀率为基础的粘结强度退化模型。锈蚀导致的表面裂缝宽度是评估粘结强度的理想参数,然而基于裂缝宽度的粘结强度退化模型仍然相对较少。在锈蚀钢筋粘结应力-滑移本构模型方面,对未锈蚀和锈蚀钢筋混凝土构件的粘结-滑移关系进行了阐述,然而由于锈蚀钢筋的粘结-滑移曲线测试数据有限,上述模型的可靠性尚未得到验证。本文综述了国内外有关钢筋锈蚀方法和锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的研究方法,分析了纵筋和箍筋锈蚀对粘结强度退化的影响,并归纳总结了基于钢筋锈蚀率和构件表面锈胀裂缝宽度的粘结强度退化模型、以及钢筋混凝土构件粘结-滑移本构关系的最新研究成果。同时,分析了现有研究的不足之处,旨在为未来的钢筋混凝土粘结性能研究提供参考。

套筒灌浆接头黏结滑移关系的精细有限元分析

为揭示套筒灌浆连接接头中钢筋和灌浆料间的黏结滑移关系,利用DIANA 10.3有限元软件建立接头试件的肋尺度精细有限元模型,并根据有限元分析结果对接头的局部黏结滑移关系进行研究。结果表明:套筒中钢筋黏结应力沿锚固长度大致呈马鞍形分布,加载端峰值随荷载增加逐渐内移;钢筋与灌浆料间相对滑移从钢筋自由端向加载端递增,超过屈服荷载后在加载端发生激增,并逐渐向里发展;局部黏结滑移曲线大致分为5个阶段,不同锚固位置处曲线的发展趋势大致相同,但其具体路径在发展程度和曲线特征值方面有一定差异;黏结锚固位置函数沿锚固长度大致呈“M”形分布且锚固自由端峰值大于加载端,是锚固位置和相对滑移的二元函数,建议用椭圆曲线和二次曲线进行拟合。该肋尺度精细化有限元模型可用于套筒灌浆连接接头的黏结滑移本构关系的进一步研究。

钢拉杆与混凝土黏结锚固抗拔有限元分析

大连湾海底隧道北岸浅埋段采用混凝土墩与钢拉杆作为防撞结构措施,由于施工场地条件的制约,钢拉杆的锚固长度受限。基于相关文献中的钢筋混凝土黏结锚固性能试验数据结果,分析了钢筋与混凝土之间的黏结滑移本构模型,确定了主要影响参数及取值。结合现有规范设计要求与海上施工条件,应用有限元软件对钢筋与混凝土黏结滑移进行数模分析,并与已有试验结果数据对比,优化钢拉杆锚固长度与锚固形式,进一步合理化设计方案。应用有限元软件计算的结果与试验结果基本一致,可为类似工程设计及后续研究提供借鉴。

数字图像相关法测量FRP片材与混凝土界面的黏结滑移关系

采用数字图像相关(DIC)法测量FRP-混凝土双剪试件的全场位移,通过平滑与拟合两种方法获得界面的黏结滑移关系。共测试了6个试件,变化参数为FRP片材的种类(玄武岩纤维和碳纤维)。数字图像相关法的使用可以为界面剪应力的计算提供足够多的数据点,并可直接得到FRP片材与混凝土界面的滑移。试验结果表明:与传统测试手段相比,数字图像相关法能够记录界面剥离过程更全面的信息;对位移数据采用平滑及拟合可以避免测试误差的扩大化,得到反映整个界面规律的黏结滑移关系;经过与传统手段直接测得的数据对比,验证了该测试方法和数据处理方法的可靠性。数字图像相关法的合理使用为类似搭接接头黏结性能的测试和分析提供了新的途径。

锈蚀钢筋混凝土粘结强度试验

通过对配筋混凝土试块的实验室快速锈蚀,研究了锈蚀钢筋混凝土粘结强度的变化规律,并采用ICT技术观测了混凝土锈蚀裂缝。研究表明,混凝土保护层锈蚀裂缝沿钢筋径向的发展具有明确的方向性,且随着锈蚀率的增大,锈蚀试块呈现显著的脆性劈裂破坏特征,粘结强度与极限滑移量的衰减受锈蚀量、混凝土保护层厚度以及混凝土抗拉强度等影响,建立了以锈蚀产物厚度、混凝土相对保护层厚度与抗拉强度为独立参数的锈蚀钢筋混凝土粘结强度经验公式,与国内外实验结果的对比验证了模型的合理性。

高温下压型钢板-混凝土粘结强度的试验

对我国常用的一种类型的压型钢板与混凝土在常温下的粘结应力 -滑移关系及高温下的粘结强度进行了试验研究 .研究结果表明压型钢板与混凝土间的粘结强度随温度的升高而迅速下降 .通过对试验结果的分析 。

型钢混凝土柱粘结滑移性能及ANSYS数值模拟方法研究

进行了20个型钢混凝土构件的推出试验、20根型钢混凝土偏心受压柱试验,以及23根型钢高强混凝土柱在反复荷载作用下的试验。通过在型钢与混凝土之间埋设的电子滑移传感器和电阻应变片,得到了粘结应力和内部滑移沿型钢埋置长度的分布规律;考虑了混凝土强度、型钢的保护层厚度和埋置长度,以及横向配箍率等诸因素,建立了型钢混凝土粘结强度的计算公式;分析了构件长细比、荷载偏心距对粘结强度和滑移应变的影响,提出了偏心受压柱粘结滑移本构关系的一般表达式;研究了型钢高强混凝土柱在动力作用下粘结滑移的分布规律和粘结退化机理,提出了反复加载条件下的粘结滑移本构模型。结合目前广泛应用的大型商业软件ANSYS程序,对型钢混凝土构件的非线性有限元分析方法进行了研究,全面介绍了数值计算中所涉及到的材料模型定义、几何模型建立、单元划分、约束条件处理等技术问题,并提出了采用非线性弹簧单元(Combination39单元)对型钢混凝土粘结滑移进行模拟的实用方法。

钢纤维混凝土深梁非线性有限元分析在ANSYS中的实现

运用大型有限元软件ANSYS对钢纤维混凝土深梁进行非线性分析,详细地探讨了钢纤维混凝土和钢筋的本构模型、单元特性,并基于Nilson黏结滑移理论,考虑钢筋与钢纤维混凝土之间的相互作用。采用ANSYS参数化设计语言(APDL)参数化建模,完成了非线性分析。与试验结果比较表明,在ANSYS中钢纤维混凝土采用Solid65单元、钢筋采用Pipe20单元及其相应的本构关系和破坏准则模拟钢纤维混凝土受力全过程,并用Combin39三维非线性弹簧单元模拟钢筋与钢纤维混凝土之间的黏结滑移可取得满意的结果。

高温下FRP筋与混凝土的粘结性能

为研究FRP筋与混凝土在高温下的粘结性能,对表面喷砂的GFRP、BFRP筋混凝土进行了高温下的拉拔试验,得到20～350℃温度范围内粘结强度及滑移曲线随温度的变化规律.试验结果表明,高温下FRP筋与混凝土粘结性能的衰减集中出现在树脂的玻璃软化温度区间,结合材料热分析的试验结果,本文提出了FRP筋与混凝土的粘结强度随温度的衰减模型,该模型以树脂玻璃化温度Tg和热分解温度Td为控制参数,具有较强的通用性并可应用于其他树脂材料和纤维类型的FRP筋中.高温中FRP筋与混凝土的粘结破坏模式为FRP主筋与喷砂层间的界面剥离破坏,根据高温下二者粘结受力的特点,本文首次提出了高温中FRP筋与混凝土的四阶段粘结滑移模型,该模型以常温下的CMR、mBEP模型为原型,通过回归高温拉拔试验的变化规律以得到模型中的各项参数.经验证该滑移模型与常温及高温拉拔试验结果具有较好的吻合性,可指导应用于FRP筋混凝土构件的抗火设计中.

超高韧性水泥基复合材料与钢筋粘结本构关系的试验研究

超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)是一种新型高性能纤维混凝土,具有卓越的韧性和优良的耐久性能,已被成功地应用于许多实际工程。当在该材料浇注的构件中配制加强钢筋时,除了各自基本的材料力学性能外,它们之间的粘结滑移本构关系也是获取正确可靠的结构力学响应所必需的基本参数。基于此,在对6个钢筋内贴片试件进行拉拔试验的基础上,通过实测的钢筋应变和端部滑移,分析了两者之间的粘结应力以及相对滑移沿锚固长度的分布规律,进而推导出沿锚固长度变化的粘结滑移本构关系和反映这种变化的位置函数,并建立考虑锚固位置的粘结滑移本构关系。

玻璃纤维增强复合材料筋材连接试验研究

本文通过实验研究了由两种不同的粘结材料对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋材的连接特性。研究表明采用环氧类树脂粘结剂进行钢套管和GFRP筋的连接,技术可行;环氧类树脂粘结剂的粘结滑移关系曲线上升段具有双折线特性。依据粘结滑移关系曲线,建议粘结强度设计值以屈服强度或控制变形量为确定标准,本试验建议取粘结极限强度的50%。提出了选择粘结剂的指标和温度影响、各种环境介质对其粘结性能劣化的影响试验要求。

持续荷载下CFRP-混凝土界面黏结性能试验与分析

为研究持续荷载对CFRP(碳纤维增强复合材料)-混凝土界面粘结性能的影响,首先通过3组双面剪切试件确定了界面极限剥离荷载P_u,然后进行了4种荷载水平下持载时间分别为5、10、15、30、60、90 d共24组双剪试验.结果表明:经过持续荷载作用,与界面峰值剪应力τ_(max)相应的界面滑移s0有所减小,减小幅度与荷载持续时间和荷载大小无明显相关,荷载作用90 d后,s0降低50%左右;当持续荷载大于0.5Pu时,靠近加载端15 mm范围内的界面峰值剪应力τ_(max)随荷载大小和持载时间的增加而降低,此范围以外τ_(max)未发生明显改变,基于试验数据,给出了持续荷载作用下界面的粘结滑移本构模型,对试件的破坏试验表明,在粘结长度大于有效粘结长度时,持续荷载的作用对界面的极限剥离荷载没有明显影响,但会降低剥离过程中界面首次出现剥离的荷载P_(db),在0.5P_u、0.7P_u、0.9P_u持续作用90 d后,P_(db)分别降低了42%、54%、66%.

粗糙度对CFRP-混凝土界面剪切黏结性能的影响

针对3种强度、6种界面粗糙度的54块混凝土试件,采用单向剪切试验,研究了表面粗糙度对碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土梁界面黏结性能的影响.结果表明:6种界面中,粗糙度为0.44的混凝土试件界面黏结性能最佳,CFRP-混凝土的极限荷载和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%~51%,124%~221%;粗糙度对混凝土界面有效黏结长度影响较大,与现有模型中的有效黏结长度计算值相比,考虑粗糙度和黏结树脂后的有效黏结长度最高可提高273%;6种界面的有效黏结长度随粗糙度的提高,总体呈现减小趋势;粗糙度为0.25~0.44的混凝土界面τ-s曲线在脆性区域上的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越短;进入塑性阶段后,6种界面的CFRP-混凝土梁黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.04~0.35mm的滑移值剥离破坏.

微锈蚀钢筋混凝土高温后粘结锚固性能试验研究

为研究高温对锈蚀钢筋混凝土结构粘结锚固性能的影响,对锈蚀试件(锈蚀率为1.08%)与非锈蚀试件先进行高温试验(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃),再进行中心拔出试验。试验结果表明:随温度的升高,锈蚀试件与非锈蚀试件粘结强度均呈下降趋势,与非锈蚀试件相比,锈蚀试件在温度不超过400℃时,其粘结强度下降趋势较为平缓。分析了高温作用后混凝土抗压强度、钢筋极限强度、钢筋与混凝土间粘结强度三者之间的关系,并建立了考虑不同温度、不同锈蚀率等因素影响下钢筋与混凝土的粘结-滑移关系式。

基于粘结单元的FRP-混凝土粘结界面的数值分析

采用指数函数分析模型拟合纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic,FRP)与混凝土粘结界面单剪试验的荷载滑移曲线,在现有分析模型基础上,提出一个基于粘结界面单元采用损伤演化方法输入粘结界面本构关系的分析模型,并基于该模型提出一种FRP-混凝土界面粘结性能的有限元分析方法。结果表明:本模型能较精确地反映剥离破坏过程中FRP的荷载滑移关系和应变分布。通过有限元分析得出的荷载滑移曲线与分析模型完全吻合,FRP应变分布与实验结果也吻合较好。验证了分析模型的正确性和精确度以及该分析模型的有限元模型的正确性。

混凝土表层嵌贴CFRP板条的黏结承载力

采用表层开槽、嵌贴纤维增强复合材料这一结构加固新技术,对11个跨度为2.6m的T形截面加固梁进行了梁式拉拔黏结试验,研究了混凝土表层嵌贴碳纤维增强复合材料(CFRP)板条的黏结承载力,试验中考察了碳纤维增强复合材料板条的嵌贴长度和黏结剂厚度2个重要参数。基于试验所得的黏结剪应力-滑移曲线和假定的破坏准则,导出了混凝土表层嵌贴碳纤维增强复合材料板条的黏结承载力计算公式.比较研究表明,提出的黏结承载力理论公式,计算简便,结果安全,可供实际工程加固设计参考采用.