纤维编织网增强ECC的拉伸和弯曲性能

通过拉伸和四点弯曲试验,研究了纤维编织网的层数及种类、纤维编织网表面浸胶粘砂处理以及聚乙烯醇(PVA)纤维体积分数对纤维编织网增强工程水泥基复合材料(TRE)拉伸和弯曲性能的影响.结果表明:和单层网TRE试件相比,双层网TRE试件的极限拉应力提高了将近1倍,极限弯曲荷载从单层碳纤维玻璃纤维编织网TRE试件的0.73 kN增大到1.62 kN,极限拉应力和极限弯曲荷载明显提高,刚度增大;与碳纤维玻璃纤维混编网TRE试件相比,玄武岩纤维玻璃纤维混编网TRE试件的拉伸和弯曲性能均较低;将碳纤维玻璃纤维混编网表面进行浸胶粘砂处理后,TRE试件的极限拉应力和极限弯曲荷载均降低,但极限拉应变和极限挠度增大;当PVA纤维体积分数从1.0%增加到2.0%时,单层碳纤维玻璃纤维混编网TRE试件的极限拉应力从4.15 MPa增至7.05 MPa,弯曲开裂荷载从0.08 kN增至0.21 kN,试件的拉伸和弯曲性能提高.

带纤维编织网增强ECC层钢管混凝土轴压力学性能试验研究

钢管混凝土柱由于受压力学性能良好、施工方便,已经在土木工程结构中大量使用.耐腐蚀及耐火性能较差,轴压时钢管易向外局部屈曲是其主要不足.ECC(Engineered Cementitious Composite)是一种具有多裂缝开展和应变硬化特征的纤维增强水泥基复合材料,具有延性好、韧性高、耐久性好等优点.用带纤维编织网增强ECC层来加固钢管混凝土结构,可克服上述不足(耐火性能不足、钢管易屈曲),同时也增加钢管混凝土的耐久性性能.由此,针对纤维编织网增强ECC层加固钢管混凝土柱进行了系列研究.本文介绍带纤维编织网增强ECC层加固钢管混凝土柱常温下轴压力学性能试验研究结果.后续还研究了高温对带纤维编织网增强ECC层加固钢管混凝土柱受压力学能的影响,相关研究成果将另文介绍.

碳纤维编织网增强ECC加固钢管混凝土短柱压弯承载力计算方法

为克服外贴FRP加固技术界面黏结耐久性差等缺点,提出碳纤维编织网增强ECC加固钢管混凝土技术,对已有的28根碳纤维编织网增强ECC加固钢管混凝土短柱(简称“加固柱”)和3根普通钢管混凝土短柱偏心受压试验结果进行分析,结果表明,未加固柱与加固柱破坏时均发生明显的弯曲变形,加固柱弯曲内侧碳纤维编织网断裂,加固层与内部钢管混凝土具备良好的协同工作性。在已有试验结果的基础上,考虑碳纤维编织网增强ECC加固层对原钢管混凝土柱中核心混凝土的额外约束作用,将加固柱轴力-弯矩曲线简化为四特征点模型,通过分析各特征点对应加固柱的应变与应力状态,计算对应的特征荷载及特征弯矩,建立加固柱轴力-弯矩相关曲线,计算结果具有一定安全储备。基于计算结果,引入考虑偏心率影响的偏心受压承载力折减系数,提出加固柱偏压承载力简化计算公式,计算值与试验值比值的均值为0.936。简化计算式形式简单方便,且计算误差较小,可为工程应用提供参考。

碳纤维编织网增强超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的试验研究

短纤维增强超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,通常称为ECC材料)可以将传统水泥基材料在抗拉荷载下单一裂纹的宏观开裂模式转化为多条细密裂缝的微观开裂模式,其极限拉伸应变可达2%甚至达6%,具有典型的应变硬化特性、显著的韧性特征和优良的耐久性能。纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,简称TRC)同样是一种新型的纤维增强水泥基复合材料,在这种复合材料结构中,直接将纤维粗纱沿混凝土结构中的应力主向连续布置,纤维对基体的增强效果得到了显著提高。采用纤维编织网与PVA短纤维相结合研究开发新型混凝土结构防裂新技术,结合PVA短纤维增强ECC和纤维编织网两种材料的优点,可以获得更为优良的抗裂和控制裂缝的能力,从而极大程度地提高混凝土结构的耐久性和使用寿命。通过四点弯曲试验,研究纤维编织网表面处理方法、水胶比、PVA纤维掺量对此种复合材料裂缝控制能力和承载能力的影响,并与TRC的弯曲性能作了比较。

纤维编织网增强混凝土加固混凝土柱轴压性能的研究

为进一步探究纤维编织网增强混凝土(textile reinforced concrete,TRC)加固混凝土柱的轴心受压性能,研究纤维编织网层数、纤维编织网搭接长度及使用短切纤维改性精细混凝土作为TRC基体等因素对TRC加固混凝土柱轴心受压性能的影响。结果表明:TRC加固素混凝土方柱的破坏形态和延性得到改善,承载力提高幅度达17.32%;对于TRC加固RC柱,纤维编织网搭接长度、短切纤维改性精细混凝土对TRC约束效果影响不明显,但随着纤维编织网层数的增加,TRC约束效果明显提高,TRC加固RC柱的延性得到改善,承载力提高幅度最高可达14.74%。最后对TRC加固RC柱的极限承载力计算进行推导,并给出计算模型。研究结果可为TRC加固混凝土柱的工程应用提供参考。

纤维编织网增强混凝土的研究进展及应用

纤维编织网增强混凝土(TRC)是一种新型的纤维增强水泥基复合材料,它是纤维编织网与精细混凝土的结合。系统介绍纤维编织网与精细混凝土的界面性能、TRC基本力学性能和耐久性能、TRC用于结构加固修复的特点和TRC加固板、梁、柱等构件的力学性能、纤维编织网联合钢筋增强混凝土的抗弯性能及TRC在工程实际中的应用。最后,结合国内外的研究现状提出该研究领域中有待进一步研究的问题。

纤维编织网增强混凝土加固钢筋混凝土梁受弯性能研究

从改善纤维编织网增强混凝土(TRC)加固层中纤维束和精细混凝土的界面粘结及新老混凝土的界面特性入手,研究TRC增强钢筋混凝土(RC)梁的弯曲性能。试验结果表明:纤维编织网的表面黏砂处理能更好地发挥其有效约束能力,从而充分发挥TRC增强层的限裂和增强作用;新老混凝土的界面植入U型抗剪销钉可以提高增强后RC梁的整体受力性能,而涂抹界面剂对其几乎没有影响。此外,精细混凝土中掺加聚丙烯纤维有助于提高构件的起裂荷载;在RC梁配筋率一定的情况下,提高TRC层中的配网率可以有效地延缓结构主裂缝的发展,减小裂缝的宽度和间距,明显地提高梁的屈服荷载和极限承载力。最后,基于RC结构的抗弯设计理论,模拟TRC增强RC梁的荷载与跨中位移曲线,计算值与试验结果吻合得较好,证明了计算方法的可行性。

纤维编织网增强混凝土加固RC柱抗震性能的影响因素

为了研究纤维编织网增强混凝土(TRC)加固钢筋混凝土(RC)柱的抗震性能,对9根TRC加固RC方柱进行了低周往复加载试验,分析加固层数、搭接长度、配箍率、轴压比对柱子抗震性能的影响.结果表明:在一定层数内,随着加固层数的增加,柱的开裂和屈服荷载无明显变化,而峰值荷载、位移延性系数、耗能能力呈上升趋势;在满足锚固要求下,纤维编织网搭接长度对柱抗震性能的影响不明显;随着配箍率增加或轴压比减小,柱的延性系数和耗能能力有所提高,刚度退化速率降低.总之,TRC能有效约束RC柱核心区混凝土,降低试件塑性铰区的破坏高度,改善RC柱的破坏形态.

纤维编织网增强混凝土(TRC)研究进展

纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete)克服了普通钢筋混凝土耐久性差、抗裂性差、自重大等致命缺点,成为最有潜力的混凝土拓展应用替代材料.详细阐述了纤维编织网增强混凝土基体混合料的开发、纤维编织网与基体混凝土间的粘结,重点介绍了纤维编织网增强混凝土的力学性能及其影响因素、纤维编织网增强混凝土的耐久性、纤维编织网增强混凝土工程应用的最新进展,并在此基础上评价和展望了TRC的发展前景.

纤维编织网增强混凝土加固钢筋混凝土受弯梁的抗裂性能研究

采用纤维编织网增强混凝土(TRC)这种新型材料对结构进行修补加固不仅可以改善结构的性能,而且可以几乎不增加结构的截面尺寸。为了评估TRC增强钢筋混凝土构件的抗裂能力,分别对14根不同情况的梁进行弯曲试验。结果表明,在钢筋混凝土梁配筋率一定的情况下,提高TRC层中的配网率可以有效地延缓梁上主裂缝的发展,减小裂缝的宽度和间距;纤维编织网的表面粘砂处理能更好发挥纤维编织网的约束能力,从而有效减小梁受拉区底面的最大裂缝宽度。精细混凝土中掺加聚丙烯纤维有助于提高梁的起裂荷载和减小梁正常使用阶段的裂缝宽度,有助于改善精细混凝土的韧性。新老混凝土界面植入U型抗剪销钉可以提高增强后梁的整体刚度,从而提高其抗裂性能;而涂抹界面剂的作用不明显。最后,基于钢筋混凝土结构的裂缝间距和宽度计算理论,定性地分析了纤维编织网对钢筋混凝土结构裂缝计算中控制参数的影响。

纤维编织网增强混凝土加固隧道衬砌数值研究

为了克服隧道衬砌内表面常用补强方法的不足,探索纤维编织网增强混凝土(Textile-reinforced concrete,TRC)加固隧道衬砌的适用性。开展界面黏结试验,分析TRC加固隧道衬砌的界面应力分布规律,在此基础上建立TRC加固隧道衬砌的合理数值模型并开展加固参数优化分析。结果表明:TRC加固隧道衬砌的最大界面应力出现在加固层端部,并沿着加固层迅速降低;TRC适合加固处于大偏心受压的衬砌截面,偏心距越大,增强效果越明显;采用提高纤维编织网用量的方法在一定程度上可以增强加固效果,但是增强趋势呈现出减弱趋势;隧道衬砌前期受力对加固效果存在负面影响,前期受力越大,加固效果越弱;采用TRC抑制衬砌张拉裂缝扩展的效果优异。

改性纤维编织网增强混凝土加固钢筋混凝土柱抗震性能

为研究掺入聚乙烯醇(PVA)纤维的纤维编织网增强混凝土(TRC)对加固钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的影响,共制作了7根钢筋混凝土柱.其中,1根为对比柱,4根方形柱,1根圆柱,1根矩形柱.除对比柱外,其余6根钢筋混凝土柱均采用TRC加固.通过对7根试件进行低周往复加载试验,分析了不同PVA纤维掺量和截面形式下各试件的抗震性能指标.结果表明:TRC能够有效约束RC柱核心混凝土,掺入一定体积掺量的PVA纤维后,TRC的限裂效果进一步增强,提高了加固柱的开裂荷载和峰值荷载;PVA纤维体积掺量在0.5%以内时,加固柱的延性得到改善,刚度退化速率减慢,耗能能力增强,但随着体积掺量继续增大,延性和耗能能力均有所降低,刚度退化速率增大;TRC加固圆柱的承载能力较低,但延性、刚度退化以及耗能能力均优于其他两种截面形式的TRC加固柱.PVA纤维体积掺量在0.5%以内较为合理,且TRC加固后圆柱的抗震性能更好.

多层纤维编织网增强混凝土梁的挠度计算

基于混凝土结构的抗弯设计理论,忽略非受力纤维的影响,采用由纤维编织网增强混凝土(TRC)薄板单轴拉伸试验确定的纤维束的拉伸应力-应变关系,对环氧树脂浸渍过的纤维编织网增强细粒混凝土的抗弯计算理论进行了研究.结果表明:细粒混凝土抗压应力-应变上升段采用GB 50010—2002《混凝土结构设计规范》建议的模型即可获得理想的计算结果;不同的布设层数对构件开裂前的刚度影响不明显,开裂后刚度随着布设层数的增多而变大;适当改变细粒混凝土的抗压强度和极限荷载压应变对计算结果影响不大.无论布设几层网,开裂前,计算值和试验值几乎一致.开裂后,对于二层网和三层网增强的小梁,其计算值和试验值的变化趋势基本一致,说明该计算模型可用于环氧树脂浸渍过的纤维编织网增强细粒混凝土构件的设计计算.

用于纤维编织网增强混凝土的早强基体材料

为实现纤维编织网增强混凝土(textile-reinforced concrete,TRC)快速加固盾构隧道的目的,开发了一种用于TRC的磷酸无机复合类早强型基体材料.通过单轴压缩、坍落流动度、界面拉伸和剪切试验,对比分析了这种早强型基体材料与TRC传统基体材料——精细混凝土的工作性能;采用扫描电镜分析了其作用机理,并提出了力学作用模型.结果表明:与精细混凝土相比,早强型基体材料具有更优异的自密实、黏结以及渗透纤维编织网的能力;采用早强型基体材料的TRC加固方法可实现快速加固,在2h内即可发挥加固作用,具有广泛的应用前景.

纤维编织网增强细粒混凝土加固RC受弯构件的正截面承载性能研究

采用纤维编织网增强混凝土(TRC)这种新型材料对结构进行修补加固不仅可以改善结构的性能,而且可以几乎不增加结构的截面尺寸。但由于纤维材料的脆性特征,在达到其极限抗拉强度时会发生拉断破坏,这对于结构来说是不安全的。为此,取单筋矩形梁研究,针对不同的纤维编织网的用量给出增强梁的两种界限破坏状态,并给出这两种状态分别对应的配网率与钢筋配筋率之间的关系。然后,基于平截面假定,给出TRC增强受弯构件在三种破坏形态下正截面极限承载能力的计算方法,包括一次受力和二次受力的情况。最后,结合试验数据说明第一种破坏模式的不利性,且采用该方法得到的承载力计算值与试验结果吻合得较好。

玻璃纤维编织网增强混凝土薄板力学性能研究

通过对纤维编织网增强混凝土薄板的拉伸试验和四点弯曲试验,探讨不同水泥基体对薄板的抗拉性能的影响和纤维编织网表面不同粘砂粒径、不同掺量的PVA短纤维对薄板的弯曲性能的影响.结果表明:以快硬硫铝酸盐水泥(低碱度硫铝酸盐水泥)为基体的TRC薄板的拉力-位移曲线为多折线型的,在拉伸过程中出现多重裂缝,内部纤维起到了增强的作用;而以普通硅酸盐水泥为基体的TRC薄板则是一斜线型的,在拉伸过程中只出现一条裂缝,脆性破坏明显.从耐久性的角度考虑,普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥中,低碱度硫铝酸盐是最适合作为纤维编织网增强混凝土基体的.对普通硅酸盐水泥基的薄板进行四点弯曲试验,当基体混凝土中掺加体积率为2%的PVA短纤维、纤维编织网经环氧树脂浸渍且表面粘有粒径0.6~1.2 mm的细砂时,纤维编织网增强混凝土薄板的弯曲力学性能最佳.

氯盐干湿循环下纤维编织网增强混凝土力学性能

通过拉拔和四点弯曲试验研究了氯盐(NaCl)溶液作用下干湿循环次数、氯盐溶液浓度(质量分数)和短切纤维种类对纤维编织网增强混凝土(TRC)性能的影响.结果表明:在浓度为5.0%的氯盐溶液作用下,随着干湿循环次数的增加,TRC中纤维束与混凝土的界面性能呈现下降趋势,而TRC的抗弯强度有先提高后降低的趋势;在120次干湿循环作用下,随着氯盐溶液浓度的增加,纤维束与混凝土的界面黏结强度变化不大,而TRC的抗弯强度也呈现先升高后降低的趋势.掺加短切AR-glass纤维和PVA纤维均可提高纤维束与混凝土的界面性能及TRC的抗弯性能,且后者对TRC抗弯承载力的提高更为明显.

玻璃纤维编织网增强混凝土耐久性试验研究

从材料的组成出发,以水泥基体、温度和表面涂层为影响因素,研究了玻璃纤维编织网增强混凝土构件在不同环境下的耐久性能,并应用扫描电子显微镜观察老化后的玻璃纤维表面,从微观角度说明纤维编织网增强混凝土构件的耐久性机理。

碳纤维编织网增强混凝土梁正截面承载力计算

碳纤维具有高抗拉强度、耐腐蚀、抗磁化的优点,纤维束可以沿混凝土中的主拉应力方向布置,因此碳纤维编织网增强混凝土得到了越来越多的应用。当受压边缘混凝土应变大于混凝土峰值压应变时,对混凝土压应力采用等效矩形计算方法;反之,则将其近似为三角形分布,然后利用平截面假定推导得到了纤维拉断控制破坏、混凝土压碎控制破坏及平衡破坏三种破坏模式下的碳纤维编织网增强混凝土梁正截面承载力计算公式。最后,结合试验数据,验证了计算公式的精确性。

纤维编织网增强混凝土耐久性机理和测试方法

随着结构过早失效现象的普遍发生,材料和结构的耐久性问题越来越引起人们的关注.分析了纤维编织网增强混凝土长期耐久性的破坏机理,研究了改进纤维编织网增强混凝土耐久性的方法,讨论了纤维编织网增强混凝土耐久性的试验方法.依据玻璃纤维混凝土的实际应用及前人对于玻璃纤维混凝土耐久性试验的统计结果,归纳出现有纤维混凝土耐久性试验方法的优点和不足,并且提出了应用新型材料TRC作为结构耐久性加固的设想.