氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面抗剪性能试验

为探究氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面抗剪性能,开展干湿循环(0 d、60 d和120 d)不同沟槽形状(矩形、正梯形和倒梯形)的单搭接拉伸剪切试验,研究失效模式和断裂能的变化及影响最大剪应力的因素,结合试验结果推导了考虑干湿循环的界面黏结滑移本构方程,并通过数值模拟验证其有效性。结果表明:随干湿循环进行,表面开槽法失效模式由CFRP断裂破坏转变为剥离破坏;120 d界面断裂能下降量较未开槽法减少60.04%~69.42%;正梯形组120 d最大剪应力相比其他表面开槽形状提升7.18%~9.48%。表面开槽法在氯盐干湿循环作用下具有较好的抗剪性能,建立的界面本构劣化方程适用于氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面黏结性能的分析和模拟。

带约束构造的栓钉连接件组合板界面抗剪性能试验研究

钢−混凝土组合梁在负弯矩区混凝土受拉开裂的问题,将引起组合梁刚度的降低,承载力下降,成为制约组合结构发展应用的重要原因之一。针对该问题提出一种基于带约束构造栓钉连接件的组合板构造措施,即在组合梁负弯矩区混凝土翼缘板增加附加钢板,附加钢板和钢梁上分别焊接带约束构造的栓钉连接件,两者相互咬合交错布置在混凝土板两侧。通过双界面抗剪性能试验验证在负弯矩区采用附加钢板帮助混凝土受拉的可行性以及该组合板构造措施抑制混凝土板受拉开裂的有效性,并对组合板中带约束构造栓钉连接件的界面抗剪性能进行研究。研究结果表明:带约束构造的栓钉连接件能将裂缝约束在6倍栓钉直径范围内,避免混凝土板纵向贯通劈裂裂缝,充分发挥混凝土受压强度高的优点,且约束构造能有效提高栓钉的抗剪刚度;证明在负弯矩区采用附加钢板替代混凝土板及其内的受拉钢筋受拉切实可行,带约束构造的栓钉连接件能降低纵向抗剪横向钢筋的用量;提出带约束构造栓钉连接件的抗剪刚度计算公式以及能评价不同长径比栓钉的材料利用效率和抗剪效率的剪切刚度比−剪切角理论曲线,建议带约束构造的栓钉连接件弹性抗剪刚度极限值,为此类剪力连接件的工程应用奠定良好的试验和理论基础。

表面开槽碳纤维布-混凝土界面抗剪性能试验

为探究表面开槽法对碳纤维布(carbon fibre reinforced plastics,CFRP)-混凝土界面抗剪性能的影响,开展了表面开槽法CFRP-混凝土单剪试验,研究槽宽深比(0.5、1.0和1.5)和沟槽形状(矩形、正梯形和倒梯形)对CFRP-混凝土界面抗剪性能的影响,重点探究失效模式、断裂能、平均剪应力等指标,并提出表面开槽黏结界面抗剪设计方法。结果表明:较未开槽粘贴法,表面开槽法失效模式由Ⅱ类剥离破坏转变为Ⅵ类断裂破坏,界面断裂能最大提高136.4%,充分发挥CFRP布的抗拉强度和利用率;槽宽深比与平均剪应力成正相关,且存在最优值;正梯形沟槽的平均剪应力分别较倒梯形和矩形沟槽提高10.1%和11.8%。表面开槽法具有较好的抗剪性能,提出的设计方法可用于指导其黏结界面抗剪设计。

新旧混凝土植筋界面抗剪承载力影响因素研究及规范对比

该文总结了新旧混凝土植筋界面剪力传递机制,将连接界面抗剪承载力影响因素分为材料性能及尺寸、界面处理、钢筋布置和和荷载作用四类。对规范中较少考虑的界面弯矩和尺寸效应两种影响因素的相关研究进行梳理,并通过一个2 m厚地铁车站临时底板抗浮验算实例表明这两种因素对界面抗剪承载力可能存在的较大影响。对比中国、欧洲、美国和加拿大规范计算新旧混凝土植筋界面抗剪承载力时考虑传力机制、界面粗糙度和界面弯矩的异同,建议规范修订时考虑尺寸效应的影响。

超高性能混凝土-普通混凝土界面抗剪性能试验研究

力学性能和耐久性优异的超高性能混凝土(UHPC)非常适用于损伤普通混凝土(NC)结构的修复加固,其中UHPC-NC界面的抗剪性能对确保良好的加固效果至关重要。论文通过7组抗剪推出试验,评估NC表面光滑、凿毛、露筋、刻槽、钻孔和植筋等UHPC-NC界面的抗剪性能和破坏模式;并利用斜剪试验,探讨UHPC龄期、NC基体湿润度、NC表面粗糙度和UHPC养护条件对界面抗剪强度的影响。试验结果表明,UHPC-NC界面抗剪黏结性能优异,界面破坏方式基本为NC剪切破坏或界面+NC破坏两种模式,未出现完全的界面剥离破坏。NC表面粗糙度是影响界面抗剪强度的主要因素,凿毛或刻槽的UHPC-NC界面获得了最佳的抗剪承载力,植筋和刻槽界面在抗剪破坏时表现出较好的延性。此外,NC越湿润,UHPC-NC界面的抗剪强度越高,在UHPC早期龄期(3~7d)时界面可获得绝大部分抗剪强度(88.5%~95.0%),在常温养护条件下UHPC-NC界面的抗剪性能优于高温养护界面。

FRP型材-混凝土组合梁桥界面抗剪计算模型与试验

为研究FRP型材-混凝土界面抗剪性能与设计计算方法,针对规范推荐的胶接FRP剪力键形式,从细观角度,取胶层为计算分析对象,推导出粘结胶层所受剪应力分布规律的解析解。依据界面连接材料的强度准则,对界面存在的3种失效模式(胶层剪切破坏、FRP剪力键直剪破坏、混凝土板局部压碎)提出界面承载力计算模型。对2根跨度为2 600mm、高度为300mm的FRP工字梁-混凝土板组合梁进行试验,试验结果表明:所提出的FRP型材-混凝土组合梁的界面承载力计算公式与试验结果吻合良好,能够较准确地预测胶接FRP剪力键的抗剪承载力及界面破坏类型。

植筋参数对UHPC-石材界面抗剪性能的影响研究

在桥梁结构的加固工程中,植筋是最常用的界面连接增强措施。为明晰UHPC加固石砌结构植筋界面的力学性能,通过30个UHPC-石材组合试件推出试验,研究不同界面植筋率、植筋深度和植筋间距对UHPC-石材界面抗剪性能的影响,分析不同植筋参数下组合试件的裂缝开展及分布情况和荷载-滑移曲线特征。结果表明:(1)未植筋UHPC-石材组合试件的破坏模式均为脆性破坏,而植筋试件则主要表现为以界面滑移和石材局部劈裂为主要特征的延性破坏模式,石材表面裂缝形态均呈现“八”字形的斜向裂缝;(2)当植筋率小于0.29%时,组合试件的界面抗剪强度和延性随植筋率的增大而逐级提升,植筋率为0.09%、0.19%和0.29%的抗剪强度分别是未植筋组合试件的1.54倍、1.98倍和2.66倍;当植筋率继续增大时,UHPC-石材界面强度却出现降低的趋势;(3)植筋深度和植筋间距对组合试件界面抗剪强度影响较小,而对UHPC-石材界面延性影响较大;(4)基于试验结果和有限元分析,建议UHPC加固石砌体结构中带肋钢筋的最大锚固长度为10d(d为钢筋公称直径),植筋间距取50~100mm较为合理;考虑安全和经济等因素,建议UHPC与石材的界面最优植筋率为0.29%,而UHPC加固层厚度以50mm为宜。

两种FRP-混凝土组合梁对比试验及界面抗剪

为研究FRP型材-混凝土组合梁界面连接方式及界面抗剪计算方法,对FRP小型材和钢螺栓2种剪力键形式进行了对比研究.对1根纯FRP梁、2根剪力键为FRP小工字梁、3根剪力键为钢螺栓的组合梁进行了四点弯曲试验.对比不同梁的承载力、破坏模式、刚度等.研究了不同连接形式及连接程度对组合梁性能的影响.推导了界面纵向抗剪承载力计算公式.试验和理论研究结果表明:钢螺栓剪力键传递界面剪力的效率和极限承载力较FRP小工字梁剪力键高.

冻融循环对砼护坡界面抗剪强度影响试验研究

以混凝土铰接块+土工布+黏土护坡结构室内模型为研究对象,分别讨论不同含水量及冻融循环次数下接触面间抗剪强度指标的变化规律.分别测定常温下护坡结构含水量在15.7%～28%之间的黏聚力(C)和内摩擦角(φ)值,含水量为18%以及饱和状态下经过10次冻融循环的C值和φ值,采用多元回归法进行分析.结果表明:含水量对护坡结构的抗剪强度指标弱化十分明显,斜面摩擦试验中黏聚力和内摩擦角均随含水量增加而降低;含水量与内摩擦角呈线性相关关系,与黏聚力呈乘幂关系.冻融循环过程水分迁移导致砼护坡界面水分增大,界面抗剪强度指标弱化.随冻融循环次数的增加砼铰接块护坡界面的抗剪强度减小,对于非饱和黏性土,在5次冻融循环时减小幅度较大,但10次冻融循环时减小幅度较小并基本趋于稳定;而对于饱和黏性土,其抗剪强度指标随冻融循环次数的增加减小幅度并不明显.

新加梁端部与原柱混凝土界面抗剪性能试验分析

以在原钢筋混凝土柱上新加混凝土梁为研究对象,设计制作了五组13个试件进行了单调静载试验,主要分析混凝土强度、植筋配筋率和新加梁上作用集中荷载的剪跨比三种参数,对新加梁梁端新旧混凝土界面抗剪性能的影响。试验结果显示,试件均发生梁柱新旧混凝土界面的破坏;随着剪跨比减小,界面抗剪承载力增大,相应的梁底位移增大,但加载点处的位移减小;随着混凝土强度的提高,梁柱界面处的抗剪承载力增大,但梁底位移变化很小;随着植筋配筋率的增大,梁柱交界面处的抗剪承载力增大,相应的加载点与梁底位移也越大。

提高硼纤维/环氧复合材料界面抗剪强度的方法

采用单根硼纤维拔出模型分析了硼纤维拔出过程界面剪切应力的分布;同时设计了一种单纤维拔出试样制备方法,并测试了不同硼纤维/环氧复合材料界面抗剪强度。结果表明:界面脱粘前,在纤维包埋起始端部和包埋末端界面存在剪切应力极大值,纤维包埋中间部位剪切应力较小;采用液体丁腈橡胶改性环氧树脂的硼纤维/环氧复合材料界面抗剪强度比未改性环氧树脂的提高了135%。

高应力状态砂土界面抗剪强度的试验研究

通过在DRS－1型微机高压直残剪试验系统上所进行的直接剪切试验研究表明：高应力作用下砂－砂、混凝土－砂的抗剪峰值强度与正应力、残余强度与正应力之间的关系，符合库伦强度准则（高应力作用下混凝土－砂的剪切特性呈现出软化现象，混凝土－砂的剪切特性呈现出硬化现象。基底对砂土的抗剪峰值强度准则影响较小，但对抗剪残余强度准则影响较大，界面残余抗剪强度准则的选择与法向应力的大小有关，法向应力较低时剪切破坏发生在砂土中，法向应力较高时剪切破坏发生在界面上）。

超高性能混凝土与普通混凝土的界面抗剪性能试验研究

超高性能混凝土(UHPC)由于其优异的力学性能和超强的耐久性,非常适用于损伤普通混凝土(NC)结构的修复加固。UHPC-NC界面的抗剪性能是保证UHPC修复NC结构获得良好力学和抗渗性能的重要因素。通过7组抗剪推出试验,评估了NC界面光滑、凿毛、露筋、刻槽、钻孔和植筋等不同界面处理的UHPC-NC界面抗剪性能和破坏模式。试验结果表明,UHPC-NC界面具有良好的抗剪粘结性能,界面抗剪强度随着NC界面粗糙度的增加而增大,NC界面采用凿毛或刻槽处理的UHPC-NC界面获得了最佳的抗剪承载力,界面破坏方式基本为NC剪切破坏或界面+NC破坏两种模式,未出现完全的界面剥离破坏;光滑和凿毛界面的抗剪破坏为脆性破坏;露筋和钻孔界面的抗剪破坏介于延性破坏和脆性破坏之间,植筋和刻槽界面的延性较好。

码头改造中新老混凝土界面抗剪性能分析

码头改造工程中,新老混凝土界面抗剪强度是影响被改造构件受力性能的关键因素,但国内相关混凝土设计规范中并未提供明确的计算方法和要求。结合大荷载作用下码头构件改造实例,总结新老混凝土强度等级、界面配筋率、界面粗糙程度、界面剂、掺加纤维等因素对新老混凝土黏结性能的影响,对比美国标准和欧洲标准中新老混凝土界面抗剪强度的计算方法,并对改造工程中新老混凝土界面设计提出构造建议。结果表明,BS EN 1992-1-1的计算公式经济合理,推荐使用。

钢-UHPC组合桥面板界面抗剪理论及设计方法

首先采用有限元方法对带倒T肋的两类钢-UHPC组合桥面板的层间剪应力进行计算分析,随后又提出了横向层间剪应力解析计算方法,并讨论了组合板的3种计算宽度取值方法,最后将层间剪应力解析值与有限元值进行对比。结果表明:①对于带倒T肋的钢-UHPC组合桥面板来说,横向层间剪应力普遍比纵向大,横桥向层间剪应力控制UHPC层的抗剪设计。②提出的横桥向层间剪应力解析值与有限元值吻合度高、适用性好,推荐采用。③算例结果表明,两种抗剪连接件设计方法得到的抗剪连接件布置相同,但二者计算思路存在差异。

考虑闭合筋的新旧混凝土界面抗剪试验及仿真分析

预制结构与现浇部分形成的新旧混凝土界面的抗剪性能对结构安全至关重要。为了准确分析界面各分项剪力及应力状态,采用ABAQUS软件建立了三维非线性有限元模型。考虑新旧混凝土界面的黏结滑移,并基于剪切-摩擦抗剪机理,采用内聚力-弹簧复合模型模拟了界面受力。基于前期设计制作的4组8个Z型直剪试件开展静载试验,从界面荷载-相对位移关系与破坏形态2个方面对有限元模型进行了验证,数值计算与试验结果吻合良好。研究了3组界面钢筋试件的界面正应力和剪应力沿界面高度的分布规律。分析了混凝土强度、界面配筋率、钢筋屈服强度对开裂荷载及抗剪承载力的影响。结果表明:加载过程中,各试件界面正应力沿高度非线性分布,界面中部应力较小;除两端应力集中区域,各阶段界面剪应力绝对值均大于正应力;峰值荷载下,剪应力均值为正应力的3.7~8.7倍,界面钢筋直径越大,对界面应力分布影响越大;增加混凝土强度可在一定范围内显著提高开裂荷载,建议新混凝土较旧混凝土提高2~3个等级;增加配筋率可带来更高的界面抗剪承载力,但对开裂荷载的影响不如混凝土强度大;界面钢筋的屈服强度对试件的抗剪承载力影响有限,使用高强钢筋较难提供更高的界面抗剪承载力。

预制UHPC与后浇NC界面的抗剪性能

采用预制超高性能混凝土(Ultra‐high Performance Concrete,UHPC)作为底板并与后浇普通混凝土(Normal Concrete,NC)形成组合结构,可有效减轻结构自重,提高施工效率。为研究界面处理方法对预制UHPC‐后浇NC(UHPC‐NC)界面抗剪性能的影响规律,开展Z形试件直剪试验,并采用数值模拟方法进行扩大参数分析。试验结果表明:UHPC‐后浇NC界面破坏模式分为完全界面破坏(A类)和NC劈裂破坏(B类)两种,界面抗剪承载力主要由后浇NC控制;植筋能显著提高抗剪强度和延性。植筋试件的抗剪强度可达到整浇试件的91.5%,UHPC界面凿毛处理的抗剪强度为整浇试件的55.7%。植筋界面试件最大相对滑移为1.2 mm,表现出较好的延性。凿毛界面试件滑移基本不超过0.25 mm,表现为脆性破。数值模拟结果表明:试验结果和数值模拟结果吻合良好,界面抗剪强度随NC强度的增大而增大,当NC强度等级超过C50后,抗剪强度由界面植筋率控制;随着植筋率的提高,界面抗剪强度先增大再减小,界面最优植筋率为1.57%。

装配式空心板铰缝界面抗剪性能试验与数值模拟

为了掌握空心板铰缝新旧混凝土界面抗剪性能,并为新旧混凝土界面抗剪数值模拟提供参考,提出了铰缝新旧混凝土界面黏结的数值模拟方法以及界面黏结参数的合理取值。首先,结合国内外新旧混凝土抗剪性能试验研究方法,根据空心板铰缝的结构与受力形式,选择推出试验对空心板铰缝新旧混凝土界面破坏机理与抗剪性能进行了研究,推出试验共3组试件,每组试件由左、中、右3块试件组成,按1∶2的比例进行缩尺设计。在总结新旧混凝土界面受力性能的数值模拟方法基础上,提出了数值模拟空心板铰缝推出试验所采用的单元、本构关系和结合面的黏结强度,并对黏结滑移刚度及最终滑移值与峰值应力对应的滑移值的比值进行了分析,最后用推出试验结果验证该数值模拟方法的正确性。研究表明,当铰缝推出试验达到极限强度时,试件将沿铰缝新旧混凝土界面发生脆性破坏,平均抗剪强度为1.1 MPa,以平均剪应力等于0.5 MPa为界限,平均剪应力-滑移曲线近似由直线的弹性阶段和曲线的弹塑性阶段组成;数值模拟过程中铰缝混凝土本构关系采用损伤塑性模型,钢筋本构关系采用理想弹塑性模型,新旧混凝土结合面采用面面接触技术模拟,其中黏结滑移刚度取5 MPa/mm,最终滑移值与峰值应力对应的滑移值之比为2,该方法可获得较好效果。

带剪切销钉的复合砂浆加固砌体界面抗剪性能研究

通过对16个复合砂浆加固砌体试件进行砌体-复合砂浆界面的抗剪试验,得到了界面的破坏形态、抗剪强度和荷载-滑移曲线。试验结果表明:剪切销钉能显著提高粘结面的抗剪强度,并且随剪切销钉植筋面积增加界面抗剪强度也随之增大;剪切销钉能改变界面的破坏模式,增大界面破坏时的滑移变形;剪切销钉植筋深度是影响界面抗剪强度和破坏形式的另一个主要因素,砌体中剪切销钉的最小植筋深度应取10倍销钉直径;水泥基界面剂对界面抗剪强度有负面影响,因此用水泥复合砂浆加固砌体结构时不宜使用水泥基界面剂。在试验研究基础上,拟合了考虑剪切销钉植筋面积的砌体-复合砂浆界面抗剪强度公式。

预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪性能研究

相比现浇混凝土桥面板,全预制混凝土桥面板有诸多优势,能够提高桥梁工程质量、加快桥梁施工速度和降低成本。预制超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)梁和预制UHPC桥面板通过槽口连接形成组合梁是一种新的结构形式,这种槽口式连接的界面抗剪性能会影响全梁整体承载力。通过16个推出试件,研究不同界面抗剪钢筋配筋率、预制梁混凝土类型和预制桥面板混凝土类型、槽口填充混凝土类型对界面抗剪承载力的影响,在试验过程中观测裂缝的发展和破坏模式,记录竖向滑移、水平滑移和试件破坏模式、钢筋应变、极限荷载Vu和残余荷载Vr。试验结果表明:界面抗剪钢筋配筋率对Vu和Vr起主要作用,配筋率为3.7%的界面极限荷载分别是配筋率为2.8%和2.0%的1.06倍、1.20倍;不同的槽内填充混凝土和预制梁混凝土二者共同影响Vu和Vr;预制桥面板混凝土类型对抗剪性能影响不大;钢筋的销栓作用主要受到钢筋直径和混凝土强度等级的影响;通过与AASHTO LRFD 2015和ACI 318规范对比发现,2个规范对UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪承载力估计保守;提出的预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪计算公式计算值与试验值吻合较好。