BFRP筋与超高性能纤维混凝土黏结性能试验研究

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋与超高性能纤维混凝土(UHPFRC)之间的黏结性能,通过中心拉拔试验,对BFRP-UHPFRC试件破坏模式、黏结-滑移曲线进行分析,且探讨了筋材直径、单一纤维及钢-PVA混杂纤维对黏结强度的影响。结果表明,试件破坏模式包括BFRP筋拔出破坏与拉断破坏。BFRP筋直径的增大将导致黏结强度降低。随着单一纤维掺量增加,黏结强度呈先增大后减小的趋势。而相较于单一纤维,钢-PVA混杂纤维显著提高了试件的黏结强度,当掺入1%钢纤维和0.5%PVA纤维时,黏结强度最高(25.35 MPa)。此外,通过灰狼算法优化的支持向量回归模型实现对黏结强度的预测,预测值与实际值拟合较好。

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.

玄武岩纤维增强聚合物筋混凝土循环拉拔试验及预测模型

为探究动荷载下玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋与混凝土的黏结行为,开展了BFRP筋混凝土正反向循环拉拔试验,对其黏结动力性能进行分析。结果表明,从黏结应力⁃滑移关系曲线揭示,循环荷载下BFRP筋与混凝土黏结行为经历4个阶段的受力特征:弹性阶段、裂缝扩展阶段、裂缝闭合阶段和摩擦阶段;随BFRP聚合物筋直径的增大,降低了BFRP筋⁃混凝土界面的黏结强度;随循环次数的增加,BFRP筋与混凝土的黏结强度减小,黏结强度对应的滑移量增加,剪切滞回面积减小,耗能能力降低;基于试验结果,提出了适用于计算循环荷载下BFRP筋与混凝土黏结性能的预测模型,从而为BFRP筋混凝土抗震和疲劳行为奠定试验和理论基础。

高温后BFRP筋与纤维混凝土黏结性能

为了提高高温后玄武岩纤维复合材料(BFRP)筋与混凝土的黏结性能,分别在混凝土中单独掺入玄武岩纤维及混合掺入玄武岩纤维与纤维素纤维,通过BFRP筋与混凝土中心拔出试验对BFRP筋与纤维混凝土黏结性能开展系统研究。试验参数包括温度、基体混凝土类型、BFRP筋表面形式、黏结长度与BFRP筋直径,试验获得了BFRP筋与混凝土试件的破坏形态、黏结滑移曲线、黏结强度。研究结果表明:随着温度的升高,BFRP筋与普通混凝土、单掺玄武岩纤维混凝土及混掺玄武岩和纤维素纤维混凝土的黏结强度均逐渐降低,在70~350℃之间,它们相应的黏结强度降低率分别为17.1%~48.6%,14.5%~46.8%和11.4%~48.3%。与普通混凝土相比,单独掺入0.20%体积掺量玄武岩纤维使得深肋筋、喷砂筋、浅肋筋与混凝土的黏结强度分别提升8.4%~18.8%,56.3%~99.6%和27.5%~51.8%。混掺0.15%玄武岩纤维和0.10%纤维素纤维使得深肋筋与混凝土的黏结强度提升了17.6%~35.1%。不同BFRP筋表面形式对BFRP筋与纤维混凝土黏结强度影响显著,其中深肋筋与纤维混凝土黏结强度最高。随着黏结长度和直径的增加,BFRP深肋筋与纤维混凝土黏结强度均逐渐降低。最后,考虑上述各因素,引入BFRP筋外形系数、纤维增强系数、黏结强度折减系数,提出了高温后BFRP筋与纤维混凝土黏结强度计算公式。研究成果可为FRP筋纤维混凝土结构抗火设计和火灾之后结构的安全评估提供数据和理论支持。

基于分形理论的BFRP筋混杂钢纤维超高性能混凝土短柱受压性能研究

为了研究玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土短柱偏心受压作用下的表面裂缝开展情况和分布形态,对6根不同废旧钢纤维取代工业钢纤维体积掺量的试验柱在偏心距90 mm下进行偏心受压试验,利用分形理论对试验柱表面裂缝分布特征、荷载等级、取代率与分形维数之间的关系进行分析。研究表明:试验柱分形维数D_(c)在1.004~1.066之间,废旧钢纤维取代率为0时,分形维数D_(c)最小为1.00379,废旧钢纤维取代率为100%时,分形维数D_(c)最大为1.06617,分形维数与荷载等级呈对数增长关系。由于废旧钢纤维形状的不均匀性,与工业钢纤维混杂,对裂缝开展也起到了有效的抑制作用。

BFRP筋局部钢纤维混凝土梁斜截面抗剪性能试验研究

为了研究BFRP筋钢纤维混凝土梁斜截面的抗剪性能,以BFRP筋钢纤维混凝土梁为研究对象,开展了9根BFRP筋钢纤维混凝土梁的斜截面抗剪承载力试验,分析了试验构件的破坏形态,探讨了剪跨比、BFRP筋配筋率、钢纤维体积掺量、钢纤维范围等参数对BFRP筋钢纤维混凝土梁抗剪性能的影响。结果表明,BFRP筋钢纤维混凝土梁的破坏形态以剪切破坏为主;试验梁的斜截面抗剪承载力随着剪跨比的增大而下降,随着纤维掺量和BFRP筋配筋率的增大而提高;支座以内剪跨范围设置钢纤维能够较好地改善BFRP筋混凝土梁的斜截面抗剪性能。最后,由试验数据拟合得到BFRP筋钢纤维混凝土梁斜截面抗剪承载力计算公式,公式计算值与试验结果吻合较好。研究丰富了FRP筋混凝土复合结构斜截面设计理论,对FRP筋钢纤维混凝土复合结构在实际工程的应用具有参考价值。

玄武岩纤维筋的力学特性与破坏模式试验研究

玄武岩纤维筋预应力锚索的主体受力构件为BFRP筋,对BFRP筋的力学性质和破坏模式进行研究,可为BFRP筋预应力锚索在不同岩土工程对象中的应用提供参考和技术指导。研究表明:BFRP筋是一种典型的线弹性材料,极限荷载张拉破坏前筋材只存在线性应变,张拉过程中由于纵向拉伸下筋材环氧树脂基体传递剪力滞后使得BFRP筋具有自断口向两端发展的“灯笼状”破坏模式,极限荷载作用下BFRP筋聚集的弹性能瞬间释放,筋材发生脆性破坏,破坏前无明显征兆;相比于表面未粘砂的BFRP筋,表面粘砂的BFRP筋由于砂粒占据了筋材表面一定空间,导致其环氧树脂基体对玄武岩纤维的包裹程度降低,造成表面粘砂的BFRP筋强度稍低于表面未粘砂的BFRP筋。总的来看,尽管BFRP筋的抗拉强度较高,但其变形能力和抗剪切能力较弱,破坏前不存在屈服变形,单一手段的BFRP筋预应力锚索在动载或大变形能力的岩土锚固工程中适用性较差。

无腹筋BFRP筋玄武岩纤维混凝土深梁抗剪性能试验研究

为研究玄武岩纤维对无腹筋BFRP筋混凝土深梁裂缝开展、破坏形态、跨中挠度、剪切开裂承载力及抗剪极限承载力的影响,以玄武岩纤维体积掺率和纤维长度为参数,设计并制作了5根试验梁,通过四分点集中力加载研究深梁的抗剪性能。结果表明:随着纤维特征参数的增大,构件破坏形态出现由斜压破坏向剪压破坏转变的趋势;与普通混凝土深梁相比,相同荷载作用下,玄武岩纤维混凝土深梁跨中挠度和裂缝宽度均随着纤维特征参数的增大而减小;构件剪切开裂承载力和抗剪极限承载力随着纤维特征参数的增大均有所提高。在考虑玄武岩纤维增强作用的基础上,参照GB 50010—2015规范对玄武岩纤维混凝土深梁抗剪极限承载力进行计算,实测值与计算值基本吻合。

BFRP筋与玄武岩纤维再生混凝土黏结性能试验研究

为了研究BFRP筋与玄武岩纤维再生混凝土的黏结性能,选用直径16 mm的BFRP筋埋入纤维再生混凝土中进行中心拉拔试验,研究玄武岩短切纱体积掺量、长度以及再生混凝土强度等级对其影响。试验结果表明:0.2%的纤维体积掺量对黏结强度增强效果最好,纤维长度对黏结强度影响较小,再生混凝土强度等级的提高对黏结强度有增强作用但程度有限;掺入玄武岩短切纱后可以明显改善混凝土的脆性性能,合理控制纤维掺量可以有效地增强BFRP筋与再生混凝土的黏结强度。

玄武岩纤维(BFRP)筋与混凝土粘结性能试验研究

玄武岩纤维筋是一种新型的复合材料,具有强度高、耐腐蚀等特点,用它代替混凝土路面结构中的钢筋,可解决因雨水进入引起的连续配筋混凝土路面钢筋锈蚀问题。玄武岩纤维筋与混凝土的粘结性能,是影响其推广应用的关键技术之一。本文运用18个中心拉拔试件研究了不同螺纹表面玄武岩纤维筋与混凝土之间的粘结性能,试验结果表明:玄武岩纤维筋与混凝土试验粘结强度在11.592～23.578MPa之间,粘结强度随着玄武岩纤维筋表面螺纹深度与螺纹间距的变化而变化;有螺纹玄武岩纤维筋的粘结强度明显高于无螺纹玄武岩纤维筋,玄武岩纤维筋最佳螺纹间距约为筋直径长度的80%,最佳螺纹深度约为直径长度的10%;拉拔试件的破坏形态均为玄武岩纤维筋与混凝土接触面混凝土的剪切破坏而拔出。

基于竹纤维和钢丝网增强的玄武岩筋混凝土梁抗弯延性试验研究

为研究竹纤维和钢丝网对玄武岩纤维筋混凝土梁抗弯延性的影响,该研究以竹纤维长度(0 mm、30 mm、45 mm)及钢丝网布置范围(无、1/2最大弯矩点间布置、全梁段布置)为变量,对7根基于竹纤维和钢丝网增强的玄武岩纤维筋混凝土梁进行了弯曲破坏试验,对其初裂荷载、裂缝开展、极限荷载、变形情况等进行了检测.通过试验数据分析了纤维长度和钢丝网布置范围对试件抗裂、抗变形性能的影响;借助函数模型得到7根试验梁的等效屈服点,计算出了试件的延性系数.结果表明竹纤维和钢丝网的掺入使玄武岩纤维筋混凝土梁的开裂荷载提高了12%~68%,减小了裂缝分布间距及长度发展速度,同等荷载下试验梁的变形减小,延性系数增大了1.58%~31.75%.

高温和冻融后玄武岩纤维筋力学性能研究

研究目的:为研究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在高温和冻融作用后的力学性能变化规律,采用万能试验机对BFRP筋进行常温下拉伸试验,并对经过高温作用和冻融循环处理后的筋材拉伸性能进行测试。在试验结果基础上,探讨高温、冻融循环等环境条件对BFRP筋强度、刚度的影响及其力学性能退化情况,为拓展BFRP筋的工程应用提供试验数据和支撑。研究结论:(1)BFRP筋破坏形式为脆性破坏,极限抗拉强度大于1 100 MPa,弹性模量大于51 GPa;(2)BFRP筋抗拉强度随温度升高而降低,当温度达到300℃时,试件抗拉强度降幅高达32.5%,但剩余强度仍为783 MPa;(3)BFRP筋抗拉强度随冻融循环(-50℃~7℃)次数增加有所下降,循环冻融100次后,降低幅度为9.8%,残余抗拉强度为1 045.6 MPa;(4)在耐高温和冻融试验中,BFRP筋材的弹性模量变化不大,极限拉应变随温度升高、冻融循环次数增加而不断降低,与强度退化趋势基本相同;(5)本研究成果可为BFRP筋在高温和寒区环境冻融作用下的应用提供参考和借鉴。

BFRP筋部分钢纤维增强混凝土梁挠度研究

通过6根BFRP筋混凝土梁短期荷载作用下的四点弯曲试验,研究了钢纤维掺入率与钢纤维混凝土层高度对裂缝宽度、挠度以及裂缝闭合性能的影响,并对裂缝宽度、挠度以及卸载后裂缝闭性能进行了分析。研究结果表明:试验梁在极限荷载作用下,相同钢纤维掺入率下的BFRP筋部分钢纤维与全截面钢纤维增强混凝土梁所呈现出的裂缝宽度较为相近;试验梁在卸载后裂缝出现闭合,随着掺入率与钢纤维混凝土层高度的增加,裂缝的闭合性能越显著;在正常使用状态下,随着钢纤维掺入率与钢纤维混凝土层高度的增加,BFRP筋混凝土梁的抗弯性能提高明显。基于试验数据,通过修正梁截面有效惯性矩,提出适用于钢纤维作用下的BFRP筋混凝土梁的挠度计算公式,利用该计算公式得到的计算结果与试验结果进行对比,吻合效果较好。

不同纤维掺量BFRP筋玄武岩纤维再生混凝土梁抗剪性能试验研究

通过6根玄武岩纤维(BFRP)筋玄武岩纤维再生混凝土梁的受剪试验,研究短切纤维掺量对BFRP筋纤维再生混凝土梁的裂缝开展、跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响。研究结果表明:试验梁跨中挠度随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;开裂荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高略微增加;极限荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;玄武岩纤维体积掺量在0.2%时,极限荷载为峰值增强效果最明显。依据试验结果并参照《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2015)对BFRP筋纤维再生混凝土梁极限承载力进行计算,结果表明计算值和试验值吻合较好。

BFRP筋与玄武岩纤维再生混凝土粘结性能

为了研究玄武岩纤维再生混凝土与BFRP筋的粘结性能,通过42个试件的中心拉拔试验,研究再生粗骨料取代率、BFRP筋的直径以及筋材的表面特征对其的影响。试验结果表明:随着再生骨料取代率的增加,峰值极限粘结应力逐渐降低,峰值滑移量呈现先减小后增大的趋势;随着BFRP筋直径的增大,粘结应力逐渐增大,与峰值粘结应力对应的峰值滑移量逐渐增大,但整体的变化范围很小;筋材的表面状况对玄武岩纤维再生混凝土与BFRP筋的粘结性能影响很大。分别采用改进BPE模型、CMR模型及连续曲线模型的计算值与实验值比较分析其极限粘结应力,依据试验结果采用非线性回归分析得出粘结-滑移本构关系模型,该模型的计算值与实验值吻合较好。

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。

玄武岩纤维筋拉伸力学性能试验研究

为探讨玄武岩纤维(BFRP)筋的力学性能,分别用引伸计和光纤2种应变测试方法对其基本力学性能进行了研究.由于BFRP筋的抗拉弹性模量低,在BFRP筋中掺入钢丝,研制成了高模量的玄武岩纤维-钢丝复合筋.试验结果表明:BFRP筋的应力-应变曲线为直线;BFRP筋的抗拉弹性模量仅为钢筋的23%,用光纤应变检测的BFRP筋的抗拉弹性模量比用引伸计应变检测的高12.3%;BFRP筋的抗拉弹性模量随直径增大逐渐降低;掺杂钢丝可以显著提高BFRP筋的抗拉弹性模量.

玄武岩纤维筋混凝土梁非线性有限元分析

BFRP是一种性能优异的新型复合材料,为研究其在混凝土领域的应用,采用ANSYS软件分别对1个钢筋混凝土梁和3个玄武岩纤维筋混凝土梁进行非线性有限元分析,对它们的跨中挠度和裂缝发展情况进行对比。发现由于BFRP筋的高强度低弹性模量特性,致使玄武岩纤维筋混凝土梁的跨中挠度过大以及裂缝发展过快。而在考虑利用ANSYS强大的数值模拟功能,通过不断调整BFRP筋配筋量,最终达到用玄武岩纤维筋替代钢筋且不影响正常使用的目的。

BFRP筋纤维混凝土梁抗弯试验

针对传统BFRP筋梁挠度、裂缝较大的特点,提出在BFRP筋梁中掺入短切玄武岩纤维,并完成了3种纤维体积掺量和3种配筋率下的BFRP筋纤维混凝土梁的抗弯试验。在BFRP筋梁中掺入短切玄武岩纤维,可提高梁的开裂荷载,当纤维体积掺量为0.4%时,其开裂荷载提高了60%;掺入短切玄武岩纤维对梁的极限承载力影响不大,极限承载力只随配筋率的增大而增大;掺入短切玄武岩纤维不能有效改善BFRP筋梁的挠度。

高模量玄武岩纤维-钢丝复合筋的力学性能

玄武岩纤维筋作为一种耐腐蚀性能优良的新型复合材料筋,因其抗拉弹性模量低以及延性差的不足,限制了它的推广应用.针对此问题,根据复合原理,将钢丝和玄武岩纤维原丝一起拉挤成型,研制出高模量玄武岩纤维-钢丝复合筋.从理论上分析了玄武岩纤维-钢丝复合筋受力机理,并对其进行了单向拉伸试验研究.试验结果表明,掺杂钢丝可以显著提高玄武岩纤维筋的抗拉弹性模量,并改善其延展性;玄武岩纤维-钢丝复合筋应力应变关系曲线具有双线性特征;复合筋抗拉弹性模量与钢丝掺量呈线性关系,掺杂钢丝24%时,复合筋抗拉弹性模量可达76 580 MPa.