基于梁式试验的CFRP布-混凝土界面粘结滑移模型研究

设计了CFRP布-混凝土界面粘结性能的梁式试验方案,考虑高强混凝土和CFRP布加固量对粘结滑移关系的影响,设计制作5个试件,进行了静载作用下的试验。试验结果显示,试件均发生混凝土内聚破坏的剥离破坏,拉下约1-5mm混凝土层。绘出了CFRP布表面应变的分布曲线和粘结滑移曲线。曲线显示,荷载较小时,随着距加载端距离的增加,CFRP布表面应变明显降低;开始剥离后,最大应变即剥离向自由端发展;粘结滑移曲线分上升段、下降段。基于试验数据,给出了最大粘结剪应力τmax和界面破坏能Gf的表达式,在已有模型的基础上,提出了适用于高强混凝土的CFRP布-混凝土界面粘结滑移模型。

FRP筋混凝土粘结滑移模型的研究和试验分析

本文详细介绍了国内外关于FRP筋与混凝土粘结滑移本构关系模型的研究成果和现状,探讨了各模型的曲线特征,通过表面变形CFRP筋混凝土的拔出试验得到了较为理想的连续的粘结-滑移关系曲线,并将试验所得的曲线与国内外现有的几种模型曲线在各个阶段的吻合情况进行了对比分析。

钢筋-超高性能混凝土界面粘结滑移模型

研究钢筋直径、粘结长度和超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)保护层厚度对UHPC粘结行为的影响。结果表明:配筋UHPC构件在拉拔试验时会产生2种不同的破坏形式且对应2种粘结-滑移曲线;UHPC保护层厚度小于1.5d时,试件发生滑移破坏,粘结-滑移曲线具有上升段、强化段、下降段和残余段4个阶段;粘结长度大于4d时,试件产生拉断破坏,粘结-滑移曲线仅有上升段而无下降段。最终,配筋UHPC的粘结应力-滑移曲线可简化为“4段式”的线性粘结滑移模型,即上升段、强化段、软化段和下降段。比较粘结理论分析模型与实测的粘结-滑移平均曲线,发现两者上升段及强化段吻合较好,下降段及残余段存在误差。因此,“4段式”粘结简化分析理论模型可较好预测配筋UHPC的粘结-滑移关系。

盐碱和冻融环境下GFRP筋/ECC材料粘结滑移模型

粘结滑移本构模型可以反映两种材料界面协同工作的性能,国内外对于玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋/普通混凝土的粘结滑移研究较多,对GFRP筋与工程用水泥基复合材料(ECC)的研究较少,尤其是盐碱或冻融环境下。共制作了66个GFRP筋/混凝土拉拔试件,对比了普通环境、盐碱和冻融循环条件下,GFRP筋表面形式、基体类型和混凝土强度等因素变化时,试件的破坏形式、粘结机制及粘结滑移曲线的差异。研究结果表明:带肋GFRP筋/ECC试件主要发生拔出且带缝破坏;冻融循环后的带肋GFRP筋/普通混凝土试件由劈裂破坏变为拔出且带缝破坏;冻融循环使试件的粘结滑移曲线斜率变小;发生拔出破坏和拔出且带缝破坏的试件残余段曲线呈波浪式衰减,且残余应力峰值之间的滑移量约为一个肋间距。与现有粘结滑移模型进行拟合,根据拟合结果和GFRP筋/ECC材料在3种环境下实际粘结滑移特点,提出了包含参数A、B、α的粘结滑移曲线模型,与试验结果拟合相关系数R2均在0.9以上,得到参数A、B、α的取值分别集中在-0.6~0.2,-0.1~0.1和-0.6~-0.3之间。并根据不同学者的试验结果进一步验证了建议模型的可行性和普适性。

玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型

为研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与超高性能混凝土(UHPC)之间的粘结性能,故基于相关文献中153个拉拔试验和42个梁式试验的数据,系统分析了FRP筋直径、相对粘结长度、相对保护层厚度、超高性能混凝土抗压强度、FRP筋表面形态和试验方法对玻璃纤维增强复合材料筋粘结强度的影响规律,通过回归分析和区间预测提出了超高性能混凝土中玻璃纤维增强复合材料筋与粘结强度和锚固长度的计算公式。对比分析了已有FRP筋与普通混凝土之间的粘结-滑移本构模型,基于CMR模型提出了绕肋玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型的计算公式。上述公式计算结果与试验结果均吻合良好,并可为工程设计及后续研究提供依据。

FRP筋与混凝土粘结性能研究进展及本构模型改进

近年来,FRP(纤维增强聚合物)筋代替钢筋在混凝土结构中得到越来越广泛的应用。与钢筋相比,FRP筋具有各向异性、非均质、表面形式不同等特性,这导致FRP筋与混凝土之间的粘结机制不同于钢筋与混凝土。为全面了解FRP筋与混凝土之间的粘结性能,收集数据建立由342个拉拔试验试件组成的数据库,分析粘结性能与各因素之间的关系,对没有达成一致结论的观点进行补充和讨论,分析高温、冻融循环、电解质溶液对FRP筋与混凝土粘结性能的影响;校核常用的粘结-滑移本构模型的计算精度,基于建立的试验数据库,提出新的精度更高的粘结-滑移本构上升段表达式。

基于损伤参数的CFRP布加固混凝土梁界面粘结滑移本构模型研究

为了研究混凝土损伤程度对CFRP布加固混凝土梁的界面粘结滑移影响,采用CFRP布对5根具有不同损伤程度的混凝土梁进行加固,并以三分点加载方式对其开展受力性能试验研究。试验现象表明,各试验梁均发生CFRP布剥离,且剥离均由跨中向两端延伸直至CFRP布被拉断或受压区混凝土压碎。依据试验结果绘制各试验梁的CFRP布与混凝土界面粘结滑移曲线,并与现有粘结滑移模型进行对比分析,发现二者相差甚远。因此,基于试验结果,考虑混凝土梁损伤程度的影响,将损伤参数D引入到现有模型的主要参数中,推导出考虑混凝土梁已有损伤程度影响的最大粘结剪应力τmax和对应滑移量S0以及界面破坏能Gf的表达式,提出了能够反映损伤参数D的CFRP布-混凝土梁界面粘结滑移关系表达式。采用试验结果对其进行验证,两者基本吻合。

型钢混凝土柱粘结滑移本构关系与粘结滑移恢复力模型

进行了弯矩、轴力、剪力共同作用下型钢混凝土柱的粘结滑移性能试验。以试验所得的粘结应力-滑移关系曲线为基础,定义了三个特征粘结应力点,并提出了特征粘结强度、特征滑移的统计回归计算公式,建立了型钢混凝土柱距柱底50mm处的基准粘结滑移本构模型。以基准粘结滑移本构模型为基础,引入反应不同位置粘结应力和滑移分布差异的位置函数,建立了型钢混凝土柱任意位置的粘结滑移本构关系。综合考虑反复荷载作用下型钢混凝土柱粘结强度、滑移刚度退化规律,建立了型钢混凝土柱粘结滑移恢复力模型,提出了恢复力模型中骨架曲线、加卸载刚度的确定方式,加卸载路径、强度衰减规律以及滞回环规则。研究结果为型钢混凝土柱考虑粘结滑移的有限元分析和地震反应全过程分析提供了必要条件。

HB-FRP加固混凝土结构的粘结滑移统一模型

为了进一步简化HB-FRP(hybrid bonding FRP)加固技术的粘结滑移模型,并基于先期研究的HB-FRP粘结滑移分区模型开展研究.在假定HB-FRP加固技术的粘结滑移统一模型表达式的基础上,推导了钢扣件部位的粘结应力分布系数.将HB-FRP加固作用分为普通FRP粘结性能和钢扣件产生的粘结性能两部分,依据能量方法,推导了FRP张拉力与滑移量的表达式.基于理论分析和数值求解,研究了界面滑移量的分布特征.基于模型试验测试结果,研究了粘结滑移统一模型中的待定系数表达式.研究结果表明:建立的HB-FRP加固混凝土结构的粘结滑移统一模型能有效预测加固界面的剥离承载力及有效粘结长度.

钢筋粘结滑移的理论模型分析

将化学胶合力、摩擦力和机械咬合力等所构成的粘结强度简化为初始粘结应力和随粘结滑移增长的摩擦应力之和,并且将摩擦应力的非线性变化采用双直线滑移曲线表达。将钢筋锚固长度的粘结强度发挥程度划分为塑性段与弹性段,应用荷载传递函数方法与钢筋滑移的连续条件建立粘结滑移本构模型。剪切变形系数Cz、初始粘结应力τ0与粘结应力的增长率ξ等计算参数采用复形优化方法拟合确定。与试验数据对照,可以较好地反映粘结强度的发展与分布规律。

锚固钢筋粘结-滑移性能的滞回模型

基于FEAPpv有限元分析平台,采用分离式模型,自定义一个粘结-滑移滞回模型,模拟二维钢筋混凝土构件中锚固钢筋的粘结-滑移性能;自定义模型以滕智明等的滞回规则为基础,参考了Eligehausen等关于锚固钢筋在反复荷载作用下粘结-滑移滞回关系的试验结果,修改了滕智明等的模型滞回路径中某些控制点的取值;对端部反复加载的锚固钢筋进行分析,验证本文粘结-滑移滞回模型模拟锚固钢筋和混凝土界面性能的有效性。结果表明:该模型能有效反映锚固长度对钢筋加载端力-位移曲线的影响。

混凝土中砂浆-骨料界面粘结滑移性能试验

目的研究混凝土试件受力过程中砂浆与骨料间的粘结滑移特性,为数值模拟提供方便有效的分析模型.方法在含骨料的砂浆试件中,采用骨料上贴光纤及砂浆中埋放光纤的试验方法,测量试件加载直至破坏过程中骨料的应变、砂浆的应变及两者间的相对粘结滑移量.结果试件在受力过程中,砂浆-骨料间存在明显的粘结滑移现象,单轴受压试验中的滑移量远大于单轴受拉试验.采用光纤传感器测量的试验数据比传统传感器的测量结果更加准确稳定.结论基于试验数据,对砂浆-骨料界面的荷载-应变关系进行分析后推导得到砂浆-骨料界面的粘结滑移关系.根据粘结滑移关系的基本特征,提出砂浆-骨料界面粘结滑移本构关系的简化模型.

FRP筋与混凝土粘结滑移试验研究

目的探讨FRP筋混凝土试件的受力过程和破坏形式,建立FRP筋与混凝土粘结-滑移本构关系模型.方法对84个FRP筋混凝土试件进行单端拉拔试验,分析试验结果,对试件荷载(粘结应力)-滑移关系曲线进行研究.结果试验结果表明,试件的受力过程划分为两种形式,即肋未剥离劈裂破坏和肋剥离断裂破坏.肋未剥离劈裂破坏的受力过程分为微滑移、滑移、劈裂、下降和残余阶段;肋剥离断裂破坏的受力过程分为微滑移、滑移、剥离断裂和下降阶段.结论FRP筋混凝土试件的受力过程和破坏形式与FRP筋表面肋有重要关系;基于肋未剥离劈裂破坏的试验结果建立的FRP筋与混凝土粘结-滑移本构关系模型能够比较真实地反映试件粘结滑移全过程实际受力特征.

型钢与地聚合物混凝土粘结滑移性能研究

为了研究型钢与地聚合物混凝土之间的粘结滑移规律,对9个型钢地聚合物混凝土柱试件进行推出试验,研究地聚合物混凝土抗压强度、型钢的保护层厚度、型钢的锚固长度以及配箍率四个参数对型钢地聚合物混凝土试件荷载-滑移曲线、破坏形态以及粘结滑移性能的影响。结果表明:试件的荷载-滑移曲线具有相同的发展趋势,可将其划分为无滑移段、荷载上升段、荷载下降段和水平残余段四个阶段;试件的破坏模式为混凝土劈裂破坏,劈裂裂缝从加载端型钢翼缘产生,并向自由端发展;随着地聚合物混凝土抗压强度、型钢的保护层厚度和配箍率的提高,试件的特征粘结强度呈上升趋势;与普通水泥型钢混凝土不同,型钢的锚固长度增大也会使试件的特征粘结强度提高。根据试验结果,建立了特征粘结强度的计算公式,提出了型钢地聚合物混凝土的粘结-滑移本构模型,采用该模型计算得到的型钢地聚合物混凝土粘结-滑移曲线与试验曲线吻合度较高。

锚杆岩体界面载荷传递规律及锚固长度设计

为揭示巷道围岩锚固界面脱粘失效机理,量化锚杆支护设计参数,采用三线性粘结滑移模型进行理论分析,对轴向载荷作用下锚固脱粘失效全过程中,锚固段界面剪应力、锚杆轴力分布演化规律以及界面极限锚固力进行研究,根据锚固段长度不同,得到两种界面剪应力分布演化类型。研究结果表明:当锚固长度较短时,界面剪应力存在全长软化阶段;当锚固长度较长时,界面剪应力存在弹性-软化-滑移三段共存阶段。锚固粘结界面弹性段、软化段、摩擦段内的剪应力分别呈现双曲余弦函数衰减分布、余弦函数上升分布、均匀分布规律,锚杆轴力随界面剪应力分布演化呈现多种形态的衰减分布规律。根据锚固界面模型解析计算获得极限锚固力,当不考虑脱粘摩擦力时,极限锚固力随锚固长度的增加趋近于某一固定值;当考虑脱粘摩擦力时,增加锚固长度能够持续提高锚固界面安全系数。研究成果可为锚固机制分析、锚杆支护参数设计提供理论参考。

FRP-混凝土界面粘结-滑移关系研究

结合国内外研究现状,介绍了FRP-混凝土界面粘结-滑移关系的最新研究进展,依据粘结-滑移模型形状将现有模型分为双曲线模型、双线性模型、三段式模型三类,分别从研究方法、考虑的影响参数和模型本身进行了全面分析,总结了目前模型存在的问题。研究表明,制定FRP-混凝土界面试验研究的统一标准,加强影响参数对界面粘结性能影响机理的研究,建立基于裂纹产生和发展机理的界面模型,从而提高模型的准确性和适用性是未来研究的主要方向。

基于粘结滑移理论的混凝土梁裂缝扩展数值模拟

基于粘结滑移理论对钢筋混凝土简支梁开裂过程进行数值模拟,以扩展有限元法为基础,采用非线性弹簧模型模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移作用,在不预设裂缝情况下模拟裂缝扩展的随机性和延伸路径,从而得到考虑粘结滑移作用时荷载对裂缝分布、裂缝宽度以及跨中挠度的影响。结果表明:考虑粘结滑移作用较不考虑粘结滑移作用的数值分析所得混凝土梁的刚度较低,在同级荷载作用下跨中挠度和裂缝宽度均有所增加,但与试验值吻合度更高。

免蒸养超高性能混凝土-既有混凝土界面粘结性能试验研究

免蒸养超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)在常温养护下具有超高强、超耐久等优异性能,其与普通混凝土(Normal concrete,NC)界面的粘结性能是保证免蒸养UHPC加固NC结构获得良好性能的重要因素。为研究免蒸养UHPC-NC界面粘结性能,设计直剪试验,分析免蒸养UHPC龄期、NC强度、NC表面处理方式和界面粘结剂对界面粘结性能的影响,提出了免蒸养UHPC-NC界面粘结-滑移本构模型,并给出相关刚度系数建议值。结果表明:免蒸养UHPC-NC试件界面破坏模式主要分为粘结界面破坏、粘结界面和NC破坏、NC破坏及NC和UHPC破坏;刻槽组较凿毛组试件具有明显的开裂阶段,表现出一定的延性且具有更高的粘结强度,最大提高量为183.7%;界面使用SiKa 32LP结构胶时,其粘结强度为4.91 MPa,是其他界面粘结剂试件粘结强度的两倍以上。因此,当采用免蒸养UHPC加固NC构件时建议NC表面刻槽和采用SiKa 32LP结构胶。

GFRP带肋筋粘结性能试验研究

利用拉拔试验,研究玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋与混凝土的粘结性能,确定GFRP带肋筋的最佳外形,构建GFRP带肋筋与混凝土的粘结滑移本构关系模型。试验变量包括筋直径、肋间距和肋高度。试验结果表明:GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度显著提高;粘结强度随GFRP带肋筋直径的增大而降低;试件的破坏形式为GFRP带肋筋肋间混凝土的剪切破坏,以及肋表面的轻微磨损;不同的肋参数,如肋间距、肋高度等,对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著。通过对试验数据的分析可得,机械咬合力是GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度的主要组成部分;剪切滞后现象反映了直径对GFRP筋粘结性能的影响;楔块效应反映了肋参数对GFRP筋粘结性能的影响;GFRP带肋筋的最佳肋间距为筋直径的1倍,最佳肋高度为筋直径的6%,此结果可为GFRP带肋筋的规模化生产及工程应用提供理论依据;新构建的粘结滑移本构关系模型能较好地反映GFRP带肋筋的受力全过程。

纤维与混凝土粘结的界面力学性能研究

纤维与混凝土之间的粘结直接影响纤维对混凝土的增强、增韧和阻裂效果。分析纤维与混凝土界面破坏的过程,提出几种简化的粘结—滑移模型,采用弹簧粘结单元模拟纤维与混凝土之间的粘结—滑移过程,讨论模型参数的确定方法,将模型的计算结果与试验结果进行对比,检验简化模型的合理性。