嵌入式复材筋加固混凝土桥面板工作性能研究

为了研究表面嵌入式(Near Surface Mounted,简称"NSM")纤维复合筋(FRP筋)加固钢筋混凝土面板的工作性能,对该加固桥面板结构进行试验研究,并通过改变加固筋材类型和加固方式分析其对面板加固效果的影响。通过分析试验结果发现,嵌入式加固能有效提高桥面板承载力,减少面板板底开裂程度和挠度,增强面板刚度,但由于侧向约束刚度的作用筋材类型变化的影响较小。为了深入研究该加固桥面工作机理,对试验模型进行有限元模拟,数值模拟结果与试验结果对比吻合良好。此后采用该数值模型进行参数分析,深入研究混凝土强度、侧向刚度、跨高比、FRP筋弹性模量、加固率、配筋率等结构参数变化对加固桥面板承载性能的影响。参数研究结果表明:侧向刚度和配筋率增加能提高桥面板承载力,但加固效果减弱;桥面板承载力随混凝土强度、加固率和FRP筋弹性模量的增加而提高,但弹性模量变化对桥面承载力提高幅度较小;跨高比增加,桥面板承载力减小,但加固面板承载力提高幅度增长。试验研究和数值分析的结果表明,工程加固时应根据加固面板结构自身材料强度、约束刚度和配筋率选用合理的FRP筋类型和加固率,充分发挥加固材料的作用。

附加肋提升复材筋锚固性能的试验研究

对复材筋-附加肋试件的界面抗剪性能进行了试验研究,得到复材筋-附加肋界面抗剪承载力及界面剪应力-滑移关系,分析了铝合金管附加肋硬度、壁厚和长度对复材筋-附加肋界面抗剪性能的影响,并对比分析了复材筋-附加肋界面抗剪强度和复材筋-混凝土界面抗剪强度。结果表明:附加肋可以有效提升复材筋的锚固性能。在复材筋上挤压附加肋的方法操作简单且效果明显,为提升复材筋锚固性能提供了新方法。由于试验中附加肋成型过程还未能实现环向均匀挤压,非均匀挤压的方法对筋材强度造成了一定损伤,因此优化挤压方法以进一步降低损伤是后续研究的重点内容。

钢丝网砂浆层和附加肋提升嵌入式复材筋锚固性能试验研究

为提高嵌入式加固法中复材筋的锚固性能,避免嵌筋处剥离破坏的过早发生,提出了对结构构件端部锚固区联合运用外覆钢丝网砂浆防护层和设置复材筋附加肋的增强锚固方法.通过20个构件的直接拉拔试验,分析了钢丝网砂浆防护层厚度、复材筋附加肋数量、槽道黏结剂材料类型和复材筋种类等主要参数对嵌入式复材筋锚固性能的影响.试验结果表明,附加肋与钢丝网砂浆防护层联合增强锚固的方法可显著提升嵌入式复材筋的锚固性能,且对表面刚度和横向抗剪强度较高的CFRP筋试件的提升效果较BFRP筋试件更显著,对原有黏结性能较弱的砂浆槽道黏结剂试件的提升幅度较树脂黏结剂试件更大.钢丝网砂浆防护层的锚固方法对锚固承载力的贡献较附加肋锚固方法更大,该方法可改变试件的破坏形态,有效地避免复材筋剥离破坏的发生.

复材筋珊瑚骨料混凝土梁抗弯性能试验研究

通过对1根玄武岩复材筋珊瑚骨料混凝土梁、1根碳纤维复材筋珊瑚骨料混凝土梁和2根碳纤维复材筋普通混凝土梁的受弯试验,探讨不同纵筋、箍筋以及混凝土种类和强度下的梁破坏形态;得到了各种不同工况对复材筋珊瑚骨料混凝土梁和普通混凝土受弯梁开裂荷载、极限承载力和挠度的影响规律;验证了现有计算方法对复材筋珊瑚骨料混凝土梁和普通混凝土梁受弯的适用性。

结构工程用碳纤维复材筋力学性能影响因素试验研究

根据规范GB/T 26743—2011的规定,对不同直径的碳纤维复材筋(CFRP筋)进行了基本力学性能试验,主要测定碳纤维复材筋的抗拉强度、弹性模量和延伸率等力学性能指标。详细介绍了碳纤维复材筋的试验过程、试验方法以及破坏形态。通过对试验结果进行分析表明:碳纤维复材筋为分散式纤维断裂破坏,应力-应变曲线为直线;生产拉挤速率和纤维体积含量对力学性能的影响规律先上升后下降,存在较优范围;螺纹成型工艺压挤成型效果要好于缠绕工艺二次成型;环氧胶膜粘砂、环氧树脂粘砂、打磨处理对锚固效果的影响依次递减。

带铝肋先张预应力复材筋混凝土梁的长期刚度

长期黏结性能退化会导致复材筋与混凝土之间的不可控滑移问题,附加铝肋是提高黏结性能的有效方式。为研究铝肋对抑制预应力复材筋混凝土梁长期刚度退化的作用,设计制作了6个试件,依次开展了短期和长期加载试验。通过对比梁端部无铝肋的试件,综合研究了铝肋对长期挠度、复材筋滑移和裂缝发展的影响规律。结果表明:附加铝肋能够显著抑制构件长期挠度的发展,使预应力复材筋混凝土梁保持良好的长期性能;设置了短铝肋(SA)和长铝肋(LA)的试件,相较于无铝肋试件,最大滑移分别减少了81.3%和86.7%,筋材滑移得到有效抑制;无铝肋试件近固定端裂缝宽度增加了323.53%,远大于有铝肋试件,附加铝肋对剪跨区混凝土裂缝发展的抑制效果明显。

复材筋与钢筋混合配筋混凝土柱的抗震性能分析

为考察纤维增强复合材料筋与钢筋混合配筋混凝土柱的抗震性能,采用Open SEES软件进行有限元分析,并与试验结果比较验证了模拟的准确性。在此基础上探讨了混合配筋柱破坏模式、二次刚度比、残余变形和累积耗能等特性,发现复材筋与普通钢筋之间的配置比例对其破坏模式和位移延性有较大影响,"复材筋"配置较少时,混合配筋柱将达不到2%的位移延性需求。在保证"复材筋"配置比例的前提下,混合配筋柱比普通钢筋混凝土柱具有稳定上升的屈服后刚度和相近的耗能能力,柱构件的残余变形大幅减小,表明其在建筑结构中具有较好的应用前景。

碳纤维复材筋-钢筋混凝土剪力墙的变形能力试验研究

为研究在钢筋混凝土剪力墙中配置碳纤维复材筋对剪力墙变形能力的影响,制作了1个普通钢筋混凝土剪力墙和1个碳纤维复材筋-钢筋混凝土剪力墙足尺试件,进行水平荷载作用下的拟静力试验,研究剪力墙的延性性能、耗能能力和侧向变形等。试验结果表明:与钢筋混凝土剪力墙相比,碳纤维复材筋-钢筋混凝土剪力墙的延性和耗能能力较低,但其极限变形能力较大,残余变形很小,具有优异的变形恢复能力。

全纤维增强复材筋连接器拉伸性能试验研究

为解决复材筋的对接问题,研制出满足工程应用的复材筋全纤维增强复材(FRP)连接器,设计了两种截面形式的全FRP材质复材筋连接器,制作了两组共计10个复材筋对接连接的拉伸性能测试试件,对其抗拉伸性能进行了试验研究。试验结果可知:两种复材筋连接器接头均能可靠对复合材料筋进行连接。建立了两种截面形式复材筋连接器的有限元模型,对其连接不同直径纤维筋时的受力性能进行了分析,并与试验结果进行了比较和分析,得到了两种可以用于工程实践的复材筋连接接头。

玻璃纤维复材筋与玄武岩纤维复材布约束混凝土黏结性能试验研究

通过对36个拉拔试件进行试验,对玻璃纤维复材(GFRP)筋与玄武岩纤维复材(BFRP)侧向约束混凝土的黏结性能进行研究。试验变量包括4种BFRP侧向约束层数(0,1,2,3层)和3种混凝土强度(40. 6,44. 2,52. 7 MPa)。试验结果表明:BFRP侧向约束混凝土可使拉拔试件的破坏模式由脆性的劈裂破坏转变为延性的拔出破坏;BFRP侧向约束可显著提升GFRP筋与混凝土之间的黏结性能;较于无约束试件,3种混凝土强度下,1层、2层和3层BFRP约束试件的黏结强度分别提高了25%~35%、42%~56%、52%~88%,达到黏结强度时的平均黏结滑移量分别增大了47%~187%、86%~267%、168%~211%;当约束试件的黏结应力大约达到无约束试件的黏结强度时,BFRP外约束才逐渐开始发挥作用,且达到黏结强度时的BFRP径向约束应力基本随着BFRP约束层数和混凝土强度的提高而提高;同一混凝土强度下,约束试件的相对黏结强度随着BFRP约束刚度比的增大而近似呈线性增大。

碳纤维复材筋珊瑚骨料混凝土梁受剪性能试验研究

通过对2根碳纤维复材筋珊瑚骨料混凝土梁和2根碳纤维复材筋普通混凝土梁的受剪对比试验,对碳纤维复材筋混凝土梁破坏形态、裂缝开展等情况进行观察,探讨不同混凝土种类、强度下的梁破坏形态;分析不同配箍率和不同剪跨比对梁开裂荷载、极限承载力和挠度的影响规律;通过试验结果与理论计算的承载力、裂缝宽度等对比,验证了GB 50608—2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中规定计算方法对碳纤维复材筋珊瑚骨料混凝土梁抗剪验算的适用性。

海水海砂混凝土内玄武岩纤维增强复材筋性能退化研究

采用纤维增强复合材料(FRP)替代钢筋应用于海水海砂混凝土结构是解决钢筋锈蚀问题的有效途径之一。针对FRP材料的耐久性问题,已有的研究集中于将FRP直接浸泡于强碱性环境下模拟混凝土内的孔隙水环境,而海水海砂混凝土在Cl-及SO42-的作用下,内部的碱环境处在动态变化中,有必要研究FRP在真实碱环境下的长期性能。因此,本研究测试了实验室加速环境下(室温、40℃以及60℃水溶液及模拟海水溶液),不同海水海砂混凝土砂浆包裹厚度(0,10,20 mm) BFRP(Basalt-FRP)筋的耐久性,测试了不同浸泡时间后BFRP筋的拉伸强度,用扫描电子显微镜(SEM)对拉伸断面进行了观察。研究发现,同一包裹厚度BFRP筋随浸泡温度的升高,拉伸强度退化越显著;在同一浸泡环境下,混凝土包裹层厚度越大,BFRP筋的拉伸强度退化越明显;影响BFRP筋拉伸强度退化的主要因素是混凝土内部碱度。

玄武岩纤维复材筋混凝土梁受弯性能试验研究

利用玄武岩纤维(BFRP)复材筋等强度替代钢筋、等截面替代钢筋以及与钢筋混合配筋形式制作混凝土简支梁,对其进行受弯性能试验,研究不同配筋形式和不同配筋率对梁受弯性能的影响,分析混凝土简支梁的跨中挠度、裂缝分布及宽度、受拉筋应变和承载力,通过对比试验值和理论值,分析试验梁破坏模式。结果表明:在相同荷载作用下,BFRP筋混凝土梁的挠度大于钢筋混凝土梁,而混合配筋混凝土梁介于两者之间;相同配筋率时,BFRP筋混凝土梁的承载力比钢筋混凝土梁的承载力低,尽管BFRP筋没有明显的屈服点,但混合配筋混凝土梁仍表现出较好的延性,为受压区混凝土压碎破坏,在梁完全破坏前提供明显的预兆,破坏模式为适筋破坏;BFRP筋混凝土梁和混合配筋混凝土梁的截面都基本满足平截面假定。

玻璃纤维复材筋与水泥基复合材料界面力学性能试验研究及精细化有限元仿真

玻璃纤维复材(GFRP)筋水泥基复合材料(ECC)构件受力变形过程中,筋材与基体协调变形能力影响构件及组合构件的工作性能。本文通过GFRP筋ECC黏结-滑移试验建立界面黏结滑移本构,结合ECC变形及开裂后力学属性,采用ABAQUS有限元软件进行GFRP筋ECC构件黏结界面力学性能分析,研究筋材及基体应变分布随加载过程的演化及不同黏结-滑移关系对构件工作性能的影响。研究表明,GFRP筋材直径影响黏结滑移性能及界面破坏模式,界面力学属性的提高能够增加二者协同工作性能,改善构件的开裂属性;基于试验中筋材应变分布,分析基体破坏、应力分布,研究构件受拉破坏过程整体拉伸刚度变化,为反演宏观构件正常工作状态下工作机理提供分析方法。

钢套筒约束下玄武岩复材筋的拉拔试验研究

考虑黏结长度、筋材直径、胶层厚度对黏结性能的影响,对11根钢套筒约束下粘砂变形的玄武岩纤维(BFRP)筋进行了拉拔试验;研究黏结应力沿黏结长度的分布情况以及宏观黏结-滑移曲线的特点。试验结果表明:试件的破坏多发生于BFRP筋与结构胶的界面;黏结应力沿黏结长度分布不均匀,黏结应力峰值出现的位置会随着荷载增加逐步远离加载端;BFRP筋与结构胶界面的黏结应力-滑移曲线可大致分为三个阶段:黏结段、滑移段、下降段。运用厚壁圆筒理论,计算了钢套筒筒壁应力,计算值与实测值吻合较好。

钢筋-纤维增强复材筋梁式转换层结构低周反复荷载试验

为研究钢筋-纤维增强复材筋梁式转换层结构的抗震性能,进行了4榀双肢短肢剪力墙梁式转换层结构低周反复加载试验。对比分析了不同配筋形式梁式转换层结构在低周反复荷载作用下的破坏过程、滞回特性、骨架曲线及各构件加劲材料的应变分布规律,探讨了转换梁的刚度退化和延性性能。试验结果表明：1） 4个试件的屈服破坏机制均属于延性破坏; 2）钢筋-纤维增强复材筋梁式转换层结构的承载能力优于全钢筋试件; 3）钢筋-纤维增强复材筋转换梁结构延性系数均大于3,具有较好的抗震性能; 4）钢筋-纤维增强复材筋梁式转换层结构破坏模式和刚度退化趋势与全钢筋试件基本一致。

复材筋新型连接器的效能研究

针对复材筋的连接问题,在借鉴钢筋连接技术的基础上,提出一种连接锚固长度短、施工简便、连接效能稳定的复材筋新型连接器,即采用环氧树脂胶作为黏结材料,并通过不锈钢套筒外设螺栓对复材筋施加环向预紧力。在介绍该连接器连接机理的基础上,提出相应的设计方法,并以连接锚固长度为试验变量,通过单轴拉伸试验对新型复材筋连接器的效能进行研究。试验结果表明:当连接锚固长度为15倍、20倍筋材直径时,两者的连接承载力接近,约为复材筋极限强度的90%,充分发挥了复材筋的高抗拉性能,且复材筋的连接滑移量较小,故建议该连接器的最小连接锚固长度取为15倍筋材直径。

碳纤维复材筋增强混凝土梁受剪性能试验研究

为研究碳纤维复材(CFRP)筋增强混凝土梁的受剪性能,以配箍率和剪跨比为试验变量,进行了3根两点集中荷载作用下的CFRP筋简支梁受剪试验,对CFRP筋梁的裂缝发展、破坏形态、斜向开裂荷载、跨中挠度、受剪承载力等进行了观察和测量。试验结果表明:CFRP筋梁的剪切破坏由贯通斜裂缝所致,配箍率和剪跨比对斜向开裂荷载和极限承载力影响显著。将本次试验值与我国《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608-2010)、美国规范ACI 440. 1R-06和英国规范BISEI-1999规范的计算值进行对比分析,结合此次试验结果和国内外搜集的70组已有试验数据,对我国GB 50608-2010的受剪承载力计算公式的准确性和安全性进行探讨,提出了一种计算CFRP筋梁抗剪承载力的建议公式。

反复荷载作用下纤维增强复材筋-钢筋混凝土剪力墙的抗震性能

剪力墙是高层和超高层建筑物的主要抗侧力构件,对建筑结构的抗震性能至关重要。采用ABAQUS有限元分析软件对7个轴压比分别为0.2、0.3和0.4的纤维增强复材(FRP)筋-钢筋混凝土剪力墙进行反复荷载作用下的拟静力分析,研究轴压比和FRP筋力学性能对剪力墙的滞回性能、骨架曲线、抗震性能和残余变形等的影响,对剪力墙的损伤分布特征进行了对比分析。结果表明:剪力墙边缘构件配置FRP纵筋能够有效控制混凝土剪力墙的残余变形,改善剪力墙的延性,促进筋材与混凝土的共同工作,采用的FRP筋强度和弹性模量越高,效果越明显,但墙体的耗能能力有所降低;随着轴压比的增加,配有FRP筋的剪力墙的极限承载力逐渐增大,极限承载力对应的位移减小,墙体延性降低,墙体残余变形逐渐增大,且当轴压比小于0.3时,轴压比对墙体残余变形的不利影响较小,轴压比大于0.3时,轴压比对墙体残余变形的不利影响急剧增加。

PVA-ECC与BFRP筋黏结性能试验分析

为研究聚乙烯醇纤维增强工程水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composites,PVA-ECC)与玄武岩纤维增强复材筋(basalt fiber reinforced polymer bars,BFRP筋)的黏结性能,以BFRP筋表面形式(缠绕带肋、喷砂缠绕带肋)、锚固长度(5 d、7 d、9 d)、直径(8、10、12 mm)、PVA-ECC保护层厚度(70、25、15、5 mm)和PVA-ECC强度(C50、C80)为参数,设计制作28个PVA-ECC与BFRP筋黏结锚固试件进行拔出试验。通过观察和分析各试件的破坏形态、黏结强度和黏结滑移曲线,探究了各因素对PVA-ECC和BFRP筋的黏结性能的影响规律。最后,通过分析已有本构模型的适用性,根据试验结果建立了BFRP筋与PVA-ECC的黏结滑移本构模型。研究结果表明:较小保护层厚度(5 mm)的试件容易发生劈裂破坏,且黏结强度仅为正常试件的39.59%;BFRP筋表面喷砂可提高最大平均黏结应力;随着锚固长度的降低,BFRP筋与PVA-ECC黏结强度逐渐提高;增大筋材直径的同时保证相对肋高不变可以避免BFRP筋直径增大对黏结性能带来的不利影响;当PVA-ECC强度从50.5 MPa提高至81.3 MPa时,黏结强度提高了45.53%。避免BFRP筋较小的保护层厚度,或增加BFRP筋直径的同时保证相对肋高不变可以保证PVA-ECC与BFRP筋有足够的黏结强度。