BFRP筋回收轮胎钢纤维混凝土黏结性能分析

对玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在回收轮胎钢纤维(RTSF)混凝土中的黏结性能进行了试验和分析研究.对不同RTSF体积掺量、BFRP筋直径和嵌入长度的试件进行了拉拔试验,研究其对黏结破坏模式、黏结滑移响应和黏结强度的影响,并提出了BFRP筋RTSF混凝土的黏结滑移理论模型.结果表明:BFRP筋RTSF混凝土黏结破坏类型包括拔出破坏、劈裂破坏以及拔出且劈裂破坏;BFRP筋直径对黏结破坏模式无显著影响,而RTSF体积掺量、BFRP筋直径和嵌入长度均对黏结强度有较大影响,且RTSF体积掺量与极限黏结强度呈正相关,BFRP筋直径和嵌入长度对其影响与之相反;当RTSF体积掺量从0增大至1.5%时,其极限黏结强度最大可提高约23.87%.与已有模型相比,所提出的黏结滑移理论模型对BFRP筋RTSF混凝土的黏结滑移曲线具有更高的拟合精度.

锈蚀钢筋混凝土粘结性能劣化研究

为研究锈蚀对钢筋混凝土破坏形式和粘结性能的影响,通过对通电加速锈蚀试件进行拉拔试验,获得试件破坏形式、极限粘结强度与滑移值随保护层厚度和锈蚀率的变化规律,再建立锈蚀钢筋拉拔试件模型,分析全粘结段应力分布情况。研究结果表明:(1)试件破坏形式可大概分为保护层脱落破坏、拔出破坏(产生裂缝)、拔出破坏(不产生裂缝)三种类型;(2)保护层较小时,最大拉力随锈蚀率增大而减小,保护层增大到一定程度,最大拉力随锈蚀率增大出现先增后降的现象,最大拉力对应的滑移量随锈蚀率增大均减小;(3)相同锈蚀率下,粘结强度和滑移量与保护层厚度成正相关,且保护层厚度越小,粘结性能损失越快;(4)靠近加载端或自由端位置粘结应力最大,中间段分布均匀。拉拔过程中,粘结应力整体水平逐渐增大,峰值现象也逐渐凸显,粘结应力峰值随锈蚀发展逐渐下降,且峰值由自由端移动到加载端。

全长黏结锚杆特征荷载试验研究

为评价高速公路边坡既有锚杆的锚固效果,依托京沪高速公路改扩建边坡工程,对边坡既有全长黏结锚杆进行了现场拉拔破坏试验。通过现场实测荷载-位移增量曲线确定了支护锚杆的工作荷载和极限荷载,建立了锚杆拉拔数值仿真模型,研究了全长黏结性锚杆-注浆体、锚固体-岩层两界面剪应力的分布规律。结果表明:荷载-位移增量曲线呈现“增大-减小-缓增-陡增”的变化特征;锚杆在拉拔荷载作用下经历外锚固段紧固阶段、锚杆-注浆体耦合变形阶段、塑性变形阶段、脱黏阶段等4个阶段,其中锚杆-注浆体耦合变形阶段与塑性变形阶段、脱黏阶段分别对应既有全长黏结锚杆工作荷载、极限荷载;锚杆工作荷载主要发生在锚杆-注浆体耦合变形阶段与塑性变形阶段区间,为区间拉拔荷载中值;锚杆极限荷载以位移增量陡增特征点为依据,为单级位移增量5 mm左右对应的拉拔荷载;当锚杆处于工作荷载阶段时,锚杆-注浆体界面、锚固体-岩层两界面的剪应力沿埋深方向均呈单调递减的分布形式;当锚杆达到极限荷载时,锚杆-注浆体界面、锚固体-岩层界面的剪应力分布形式由“单调递减”转变为“单峰分布”,且随着拉拔荷载的增加,剪应力峰值向深部移动。

三元乙丙基固体推进剂包覆层拉伸性能影响因素研究

采用静态单轴拉伸手段,研究了不同试验温度(-40℃、20℃、50℃)、相同拉伸速率(500mm/min)以及相同试验温度(-40℃)、不同拉伸速率(50mm/min、100mm/min、500mm/min)对三元乙丙橡胶类包覆层拉伸应力应变性能的影响。研究结果表明:同一拉伸速率(500mm/min),-40℃试验温度,材料发生脆性断裂,20℃、50℃试验温度,材料均发生屈服、高弹形变直至断裂;随着温度的升高,拉伸强度降低,拉断伸长率增加;同一试验温度(-40℃),拉伸速率为500mm/min时,材料发生脆性断裂,拉伸速率为50mm/min和100mm/min时,材料发生弹性形变。结合GJB770B-2005方法413.1,选用100mm/min的拉伸速率比较适合。

高强钢筋与活性粉末混凝土粘结性能试验研究

将高强钢筋应用于活性粉末混凝土结构可充分发挥两者高强度的优势,为了解高强钢筋与活性粉末混凝土的粘结应力的主要影响因素,制作立方体试件进行拔出试验,研究其粘结应力~滑移过程和破坏形式,分析钢筋粘结长度、保护层厚度、活性粉末混凝土养护龄期、钢筋屈服强度、钢筋直径、箍筋等因素对粘结性能的影响规律,并根据试验数据拟合出极限粘结应力和临界锚固长度的计算公式。结果表明:极限粘结应力随钢筋粘结长度的增大而减小;极限粘结应力随钢筋屈服强度、活性粉末混凝土标养龄期的增加而增大;极限粘结应力随钢筋直径的增大而减小,直径越大,钢筋在拔出的同时活性粉末混凝土表面越易产生裂缝;适当增加保护层厚度、配置箍筋,能够提高拔出试件的极限粘结应力。

黄土地层中预应力锚索锚固力试验与分析

在现场试验的基础上,通过系统分析试验数据,得出预应力锚索锚固力在黄土地层特定地质条件下的基本分布规律,为科学确定其锚固段长度提供了试验依据;通过实测和修正参数,推导出2种简单实用的锚固力计算公式,并将其理论解与实测值进行了对比分析,进一步验证了预应力锚索剪应力非均匀分布的实际状况,并指出在锚固长度小于工程临界锚固长度时剪应力均匀分布理论能较准确地计算锚索锚固力,为深入开展锚索支护的理论分析与工程设计提供了参考,在理论和工程实践上都是一种有益的探索。

玻璃钢筋与混凝土握裹力的实验研究

聚酯基复合材料以其优异的抗拉强度和耐腐蚀特性,有望在某些特殊场合替代钢筋以解决建筑腐蚀问题。通过拉拔实验,考察了玻璃钢筋与混凝土的黏结性能,重点研究了玻璃钢筋的表面形式、锚固长度和钢筋的直径对黏结性能的影响。

埋深对双丝拉拔过程力学性能影响

在考虑材料细观非均匀性前提下建立二维双丝拉拔数值模拟模型,研究埋深变化对双丝拉拔构件力学性能的影响,获得不同双丝埋深构件的荷载-位移曲线、沿界面剪应力曲线及荷载-步长声发射曲线等,观察界面控制下不同埋深构件拉拔过程裂纹演化过程及基体剪应力分布情况。结果表明,埋深变化对构件破坏模式及剪应力分布影响较大;随着双丝埋深增加,构件的峰值荷载增大,韧性不断增强。

分层多次高压注浆预应力锚固试验与数值模拟

为了治理露天矿山破碎岩质高陡边坡,增强边坡稳定性,从分析锚杆预应力锚固技术和高压注浆技术机理入手,采用水力劈裂应力场计算得出高压劈裂的浆液走向,提出了结合2种技术优点的分层多次高压注浆预应力锚固技术。然后,通过在实验室中对普通锚固体与分层多次高压注浆劈裂形成的锚固异形体模型分别进行拉拔对比试验,采集锚杆应力分布数据,分析其应力传递规律,得出分层多次高压注浆预应力锚固技术能使锚固段的承载力提高约39.25%,同时可以避免应力集中。最后,利用FLAC3D软件建立模型进行模拟,取4组不同起劈宽度和4组不同的起劈长度,施加相同的拉拔力,分别进行对比研究,分析其内部应力分布及传递规律。研究结果表明:相对于普通锚固异形体,分层多次高压注浆劈裂形成的锚固异形体可以承担更多的剪应力,并且随着劈裂程度的增大,浆脉的长度更长,起劈宽度更大,浆脉应力场的影响力更大,锚固效果更好。

混凝土表面粗糙度参数下的CFRP-混凝土界面抗冻性研究

为了研究不同混凝土表面粗糙度在盐冻环境下的CFRP-混凝土界面黏结性能退化规律,通过制作具有三面粗糙度的CFRP-混凝土试块,开展了84次CFRP-混凝土界面正拉黏结试验。探讨了混凝土强度、界面粗糙度、盐冻循环次数对CFRP-混凝土梁界面黏结性能的影响,建立了基于粗糙度fi,盐冻循环次数n两参数下的界面剥离承载力回归模型,基于SEM检测技术分析了界面性能退化机理。结果表明:混凝土强度对界面黏结性能影响不大,当混凝土表面粗糙度为0.33时,界面黏结性能最佳;平均单个粗骨料漏出尺寸为整个粗糙度的20%时,界面黏结效果最好;在(-15~8)℃范围内,6次盐冻循环后,界面开始出现劣化,到了12次界面黏结性能降低较为明显。

压力分散型锚杆剪应力分布与现场试验研究

将Mindlin弹性位移解与有限元的基本方法相结合,计算了压力分散型锚杆的剪应力分布规律,对比分析了其受力性能与拉力型锚杆的区别;通过在软弱岩层中进行压力分散型锚杆的现场承载力试验,证实了压力分散型锚杆的承载能力与同条件的拉力型锚杆相比有较大幅度的提高,并分析了承载体间距对于压力分散型锚杆承载能力的影响,可为该种新型锚杆今后的工程应用提供参考。

拉压耦合大变形锚杆作用机理及其试验研究

在高应力作用下,围岩发生大变形破坏的现象非常普遍,硬岩常常产生严重的岩爆灾害,软岩则会表现出挤压大变形问题,严重影响深部工程安全。在这种条件下采用的支护体系不仅要具有较高的承载力,而且要能够适应较大的围岩变形而本身不发生破坏。提出了一种拉压耦合大变形锚杆,并详细介绍了它与围岩之间的相互作用机理。新型锚杆通过改善锚固结构,优化锚杆受力状态,提高了锚固结构的极限承载力,使锚杆杆体的变形性能得到充分的发挥,避免了传统锚杆因杆体不均匀变形导致的破坏问题。因而,高应力大变形条件下新型锚杆的锚固性能更优,更有利于保持围岩稳定。室内实验研究证实,在同等条件下拉压耦合锚杆的极限承载力明显大于传统锚杆,并且具有良好的大变形特性。针对矿山深部开采中遇到的软岩大变形和硬岩岩爆等灾害,新型锚杆将实现更优的加固效应。

碳纤维筋与混凝土粘结性能的试验研究

碳纤维筋是一种新型的复合材料,用它代替混凝土结构中的钢筋,可解决因钢筋锈蚀造成的耐久性问题。而它与混凝土的粘结性能好坏,是影响其推广应用于增强混凝土结构中的关键技术之一。通过拔出试验,研究了碳纤维筋与混凝土结构的粘结与滑移关系,分析了粘结破坏的机理。采用了连续自动的采集方式,测出了较完整的粘结滑移曲线以及粘结应力沿埋长的分布。

钢筋在堆石料中的拉拔试验研究

作为一种有效的土石坝抗震加固措施,加筋在高土石坝建设中正被越来越广泛地运用。钢筋与堆石料接触特性及影响因素研究是合理进行加筋设计的前提。通过室内拉拔试验研究了钢筋与堆石料的界面摩擦特性,揭示了不同上覆压力、堆石料含水状态、堆石料级配及孔隙率等因素对试验结果的影响。结果表明,堆石料与钢筋接触面剪应力与拉拔位移曲线呈下端开口的抛物线形状,上升段陡于下降段,残余剪应力数值不稳定;4个影响因素中,上覆压力与峰值剪应力曲线近似于线性正比关系;孔隙率和峰值剪应力曲线类似于线性反比关系;级配平均线的峰值剪应力与拉拔位移曲线位于级配上包线的试验曲线之上;饱和含水状态下堆石料的峰值剪应力与拉拔位移曲线远低于风干状态。

钢筋套筒灌浆连接件的力学性能

对20个套筒灌浆连接件进行单轴拉伸试验,研究了套筒种类、锚固长度和钢筋直径对套筒筒壁应变的影响。采用ANSYS Workbench有限元软件,以钢制套筒连接件为原型进行建模分析,对比了试验和有限元模拟得到的钢筋应力-筒壁应变曲线。采用相同的建模方法建立了2种规格的钢制套筒连接件模型,通过模拟试件的单轴受拉试验研究了净距改变对套筒筒壁应变的影响。结果表明:钢筋直径和锚固长度相同的钢制套筒与铸铁套筒对比,其筒壁应变在相同钢筋应力水平下较小;当套筒材质、钢筋直径相同时,连接锚固越长的试件具有越小的筒壁应变值;以连接钢筋直径作为变量时,连接钢筋越粗的试件其筒壁应变值越大;模拟的曲线可以反映出试件的破坏过程,可以较好地表现出筒壁测点的应变实际发展,证明有限元方法能够有效模拟套筒灌浆连接件单向拉伸状态下的受力状态;在相同拉力水平下,净距大的连接件筒壁部分的筒壁应变较小。

基于多因素耦合效应的锚索预应力长期损失研究

为研究锚索锚固力长期损失规律及计算方法,基于广义胡克定律、松弛率时程响应方程与改进西原锚固耦合本构模型,建立了三因素锚固力损失计算方法,利用三因素损失计算方法分别计算了锚具垫板内滑锁紧、索体钢绞线应力松弛、岩体蠕变耦合的锚索预应力理论损失值。开展锚索拉拔破坏原位试验进一步验证长期损失计算方法的准确性,通过分析拉拔荷载传递机制,确定了荷载-增量位移曲线自由段拉拔阶段为锚索的工作荷载区间,取其区间中值为锚索时效锚固力,并获取了预应力长期损失实测值。研究结果表明:20年运营期锚索预应力损失值约为17.5%~27.5%;岩体蠕变是锚索预应力长期损失的最显著影响因素;三因素损失计算方法理论值与现场预应力损失实测值误差约4.2%,验证了三因素损失计算方法的准确性,表明长期预应力损失的三因素计算方法满足一定精度要求,具有可行性。

土层中锚索拉拔力与位移关系的研究

基于锚固体与孔壁界面的剪切位移本构关系,采用荷载传递函数法,建立弹塑性理论空间模型,对预应力锚索拉拔力P与位移S的关系进行了研究,得到了预应力锚索P-S曲线的理论公式;通过对埋设于黄土层中的6根预应力锚索进行现场拉拔试验,得到实测锚索P-S曲线。对比发现:P-S曲线的理论计算结果与试验结果较吻合。

冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土的粘结性能

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析冻融作用下粉煤灰掺量对钢筋与粉煤灰混凝土间粘结性能的影响,得出冻融循环作用对钢筋与粉煤灰混凝土之间粘结性能的影响规律。试验结果表明:钢筋与粉煤灰混凝土的粘结强度随粉煤灰掺量的增加而降低;当粉煤灰掺量一定时,随着冻融循环次数的增加,混凝土强度有所下降,钢筋与粉煤灰混凝土间极限粘结强度降低;当粉煤灰掺量较大,达到40%时,随冻融次数的增加,钢筋粉煤灰混凝土试件极限粘结强度的下降幅度明显减缓,极限粘结强度对应的滑移量增大。表明掺入较多粉煤灰可使试件的冻融损伤现象得到缓解,冻融环境下钢筋混凝土的粘结性能得到提高。

钢筋与钢纤维再生混凝土锚固性能研究

目的研究钢筋与钢纤维再生混凝土的锚固性能,以现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中月牙纹外形热轧钢筋的极限粘结强度计算公式为基础,提出极限粘结强度计算公式,为此类构件粘结锚固性能的研究提供理论与试验基础.方法对不同钢筋直径、再生粗骨料取代率及钢纤维体积掺量的16组64个粘结锚固试件进行拉拔试验,分析各参数变量对钢筋和再生混凝土粘结性能的影响.结果随着再生粗骨料取代率的增加,粘结强度变化较小;粘结强度随着钢纤维体积掺量的增加而增大;钢筋直径对粘结强度产生一定的影响,当钢筋直径为28 mm时,粘结强度提升较为明显.结论笔者所推出的钢筋与钢纤维再生混凝土的粘结强度计算公式,能够为再生混凝土的相关规范编写及其工程应用提供可靠的理论依据和设计参考.

基于拉拔试验钢筋与全轻混凝土的黏结破坏模型分析

为了探讨热轧月牙肋钢筋和热轧光圆钢筋在全轻混凝土(ALWC)中的黏结滑移性能,进行了不同工况下的拉拔试验,得到了拉拔力-位移曲线(F-S曲线),并观察了破坏形态。结果表明:光圆钢筋只发生拔出破坏,而月牙肋钢筋则会出现拔出破坏或劈裂破坏2种形式;通过对2种破坏形式分析,以及对F-S曲线进行黏结应力-位移曲线(τ-S曲线)的变换分析发现,其黏结破坏机理和黏结滑移曲线特征均与普通混凝土(NWC)相似,并据此给出了全轻混凝土的τ-S拟合曲线;虽然黏结应力随混凝土强度和钢筋直径增大而增大,且对于月牙肋钢筋而言,月牙肋与混凝土之间的机械咬合力对黏结应力的贡献率一般在95%以上;当直径为20 mm时,拉拔力出现倒缩现象;根据月牙肋钢筋的月牙肋特征,提出了月牙肋钢筋的物理-力学分析模型;并按不同受力阶段分别导出了相应的力学模型。最终得到了月牙肋钢筋直径与等效半径之间的关系式,并通过试验验证了模型的正确性。