橡胶混凝土与变形钢筋黏结性能试验研究

共设计制作9组试件,对钢筋内贴应变片的试件进行拉拔试验,系统研究了橡胶体积取代率、钢筋直径、锚固长度对变形钢筋与橡胶混凝土黏结性能的影响。观察了试件破坏形态并通过计算得出试件极限黏结应力和滑移量,得到了不同因素下黏结应力、相对滑移分布规律以及不同锚固位置处的黏结应力-滑移曲线。建立了考虑橡胶体积取代率下变形钢筋与橡胶混凝土黏结应力-滑移本构关系模型;通过对相同滑移值下不同位置(距自由端距离)处黏结应力的量纲一化处理,得到了不同橡胶体积取代率下的变形钢筋与橡胶混凝土的黏结位置函数。结果表明:橡胶体积取代率增加,极限黏结应力减小,对应加载端滑移量先增加后减少;钢筋直径、锚固长度增大均会导致极限黏结应力减小,对应加载端滑移量减少;对比各位置处黏结应力-滑移曲线发现,橡胶体积取代率增加、钢筋直径及锚固长度增大均会加剧黏结应力的不均匀分布;相对滑移量会随着橡胶体积取代率增加而增加,随着钢筋直径、锚固长度的增大而减少。

AAR与锈蚀对钢筋-混凝土黏结性能的耦合劣化试验研究

为研究碱骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction,AAR)和锈蚀对钢筋-混凝土黏结性能影响的损伤机理,试验制备了一系列不同钢筋直径的混凝土拉拔试件,通过测量混凝土的膨胀量、钢筋锈蚀质量损失以及相应的拉拔试验,评估不同程度损伤对黏结性能的影响。得到了耦合损伤下碱骨料膨胀和钢筋锈蚀对黏结性能影响的量化结果,并阐明了黏结性能的劣化规律。结果表明:短期耦合损伤下,AAR凝胶和锈蚀产物填充混凝土孔隙以提高黏结强度;随着损伤程度加剧,反应产物膨胀应力释放,黏结强度开始下降。长期耦合损伤作用会严重劣化混凝土性能,造成混凝土黏结性能严重劣化。研究结果可为钢筋混凝土工程设计与维护提供参考。

钢筋混凝土黏结-滑移行为敏感性分析及机器学习模型

针对钢筋混凝土黏结-滑移行为,利用ABAQUS有限元软件,构建了基于内聚力模型的钢筋混凝土黏结-滑移有限元模型,通过能量和荷载-位移曲线探究了仿真模型网格敏感性以及内聚力参数敏感性。针对钢筋混凝土黏结强度问题,建立基于非线性自回归动态神经网络模型(NARX)的预测模型,以黏结长度、钢筋直径和加载方式为变量,建立20组数据对钢筋的荷载-位移曲线进行了预测。结果表明,当网格尺寸为6 mm时,可以较理想地平衡预测精度与计算成本;有限元预测结果对内聚力参数的敏感性由强到弱依次为损伤起始强度、断裂能和刚度;所建立的NARX预测精度达到99.6%,有潜力代替量大且耗时的数值模拟和物理试验,实现对钢筋混凝土黏结强度的高效准确预测,为钢筋混凝土黏结强度的预测和设计提供新的便捷途径。

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型及数值模拟应用

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土(RC)试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显;与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。

基于BP-ANN与RBF-ANN的钢筋与混凝土黏结强度预测模型研究

为研究神经网络对钢筋与混凝土黏结强度的预测能力以及神经网络的输出性能,基于大量的试验数据,提出一种基于改进神经网络的变形钢筋与混凝土黏结强度预测模型,对混凝土结构的研究与实际工程应用均有着重要的意义。收集290组黏结锚固试验数据,引入基于反向传播人工神经网络(BP-ANN)与径向基函数神经网络(RBF-ANN)算法,揭示混凝土强度、保护层厚度、钢筋直径、锚固长度及配箍率对变形钢筋与混凝土黏结性能的影响规律,建立基于改进神经网络算法的钢筋与混凝土黏结强度预测模型。对比分析不同数据预处理方法和训练神经元个数对建议模型预测结果的影响,评估各经典模型与建议模型的预测精度和离散性,提出临界锚固长度计算公式。结果表明:BP-ANN预测值与试验值比值的均值、标准差及变异系数分别为1.009、0.188、0.86,其预测精度略高于RBF-ANN;建议模型能够更准确、更稳定地预测钢筋与混凝土的黏结强度,该方法为解决钢筋与混凝土黏结问题提供了新思路。

基于三维扫描的带肋钢筋-混凝土界面黏结失效精细有限元分析

钢筋与混凝土之间良好的界面黏结性能是二者协同工作的基础,对钢筋混凝土结构承载和安全极其重要。为了研究钢筋与混凝土之间的非线性黏结失效机理,考虑钢筋与混凝土之间的摩擦力和机械咬合力,以及月牙肋的表面特征,采用三维扫描的方式建立了带肋钢筋-混凝土三维精细有限元模型,并通过拔出试验对比验证了数值模型的准确性。在此基础上,研究了钢筋-混凝土界面黏结-滑移行为与破坏机理,讨论了该文所提方法的优势。结果表明:界面黏结强度随混凝土强度增大而线性增大;钢筋直径的增大会导致界面黏结强度逐渐减小,并导致试件破坏模式的改变;数值模拟结果与试验结果吻合较好,说明采用三维扫描建立的数值模型可以准确模拟筋材与混凝土之间的黏结失效行为,进而从细观层面上揭示界面黏结失效机理。

往复荷载作用下锈蚀钢筋与混凝土黏结性能研究

采用梁式试件进行25次往复荷载(25%、45%和65%极限荷载)作用下锈蚀钢筋(理论锈蚀率为2%、4%和6%)混凝土间黏结性能试验研究。结果表明:钢筋混凝土梁式试件均发生劈裂破坏;钢筋混凝土间的滑移在前十个往复荷载循环周期内基本完成,而后试件加载前后滑移差逐渐缩小,滑移量基本不再增加;在试件所受荷载等级一定时,试件加载端与自由端钢筋混凝土间的滑移随着锈蚀率增加而增大;而控制纵筋的锈蚀率不变,试件纵筋与混凝土之间自由端和加载端的滑移量随着荷载等级的提高而增加明显;往复荷载等级对于试件滑移量的影响较钢筋锈蚀相比更加明显。

钢筋与地聚物混凝土黏结性能试验研究

水泥在生产过程中消耗能源较高,污染严重。地聚物混凝土具有节能减排的特点,有望在建筑材料领域得到广阔应用。文中开展了钢筋-地聚物混凝土中心拉拔试验研究,深分析了钢筋与地聚物混凝土之间的黏结破坏机理,并探究地聚物混凝土在抗压、劈裂抗拉强度以及黏结长度等方面对黏结破坏的影响规律。试验结果表明,在钢筋直径14mm和黏结长度5d条件下,相对保护层厚度(cld)=4.86是钢筋-地聚物混凝土中心拉拔试件破坏模式从拔出破坏到劈裂破坏的临界点;钢筋直径为14mm和黏结长度为7d的地聚物混凝土中心拉拔试件,会导致钢筋屈服早于钢筋拔出或者地聚物混凝土劈裂。研究可为地聚物混凝土在实际工程中的应用提供一定理论经验,对后续钢筋与地聚物混凝土黏结性能起到指导意义。

无黏结预应力钢筋混凝土水池施工关键技术研究

本研究致力于优化水池的建筑材料选取与结构设计,以确保其承载力、耐用性及环保性能。钢筋选用以高强度、低松弛特性的预应力钢筋为重点,同时兼顾其连接方式与布局。混凝土则采用高强等级,特别关注其抗渗与抗冻性能。针对水池潮湿环境的防腐保护,采用专用涂料与防腐剂。结构设计需考虑水池的形状、尺寸及预应力钢筋的配置,并重视抗震设计。施工工艺涵盖准备、预应力筋布置、混凝土浇筑及养护等环节,全程强调质量控制。这些措施共同保障水池结构的优质性、稳定性及长期安全运行。

高延性混凝土与带肋钢筋黏结性能试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)与带肋钢筋的黏结性能,设计制作了20组试件。通过中心拔出试验,研究单调和重复荷载作用下试件的破坏形态及黏结滑移破坏机理,分析了HDC的抗压强度、纤维掺量、纤维种类及保护层厚度对带肋钢筋与HDC黏结性能的影响。结果表明:单调与重复荷载作用下,普通混凝土试件发生了脆性劈裂破坏,HDC试件发生劈裂和拔出破坏;试验结果表明,带肋钢筋与HDC的黏结强度随HDC抗压强度增加而提高;相同HDC抗压强度时,纤维掺量的增加可改善带肋钢筋与HDC的黏结性能;相比PP纤维,相同体积掺量的PE纤维与PVA纤维可有效限制混凝土内部径向裂缝的开展,提高带肋钢筋与HDC的黏结强度;依据破坏形态和黏结强度,得出临界相对保护层厚度为2.0;单调与重复荷载作用下,试件黏结强度比由纤维种类和相对保护层厚度主导,残余黏结强度比由抗压强度和纤维掺量主导;根据试验结果,建立了带肋钢筋与HDC的黏结强度计算公式和黏结-滑移本构模型。

环氧涂层钢筋-海砂再生混凝土黏结性能研究

为研究海砂再生混凝土与环氧涂层钢筋间的黏结性能,考虑了不同钢筋类型、混凝土类型、保护层厚度、混凝土强度和锚固长度等因素对黏结性能的影响,对制作的黏结滑移试件进行了中心拉拔试验。结果表明:相同条件下,黏结强度按照普通混凝土、海砂再生混凝土和再生混凝土的顺序依次降低。海砂再生混凝土试件的黏结-滑移曲线与其他试件的相类似,可分为微滑移段、滑移段和下降段。最后,推导出海砂再生混凝土与环氧涂层钢筋间的黏结滑移本构关系表达式,试验值与理论计算值吻合良好,可用于理论分析。

高温效应对钢筋-混凝土动态黏结性能的影响:精细化模拟

为研究高温效应对钢筋⁃混凝土动态黏结性能的影响,建立了考虑带肋钢筋表面特征和混凝土材料非均质性的三维细观模型,与试验的破坏模式和黏结应力⁃滑移曲线进行对比,验证了细观模型的合理性。在此基础上,分析了高温下和冷却后钢筋⁃混凝土动态黏结应力⁃滑移行为的变化规律。结合数值模拟结果,建立了考虑高温效应的动态黏结强度预测公式。结果表明:细观模型能够反映变形钢筋与混凝土界面的开裂过程和黏结破坏机理;随着应变率的增加,高温下或冷却后的混凝土损伤区域逐渐减小;应变率相同时,高温下混凝土的损伤区域明显大于冷却后;随着温度的升高,高温下或冷却后试件的极限黏结强度均线性下降;相同温度环境下,应变率增加使得极限黏结强度非线性提高;预测结果与试验结果的良好吻合,说明本文提出的经验公式可以合理反映钢筋⁃混凝土动态极限黏结强度的高温效应。

箍筋约束条件下锈蚀变形钢筋与混凝土黏结性能的研究

为研究箍筋约束情况下混凝土强度、钢筋锈蚀率等因素对变形钢筋与混凝土黏结性能的影响,设计制作了96个中心拉拔试件,采用弱电流加速锈蚀方法模拟钢筋锈蚀过程,达到预定锈蚀率后就算完成了钢筋与混凝土的黏结-滑移试验。试验结果表明:横向箍筋改变了试件的破坏形态,由于箍筋的约束作用,绝大部分试件发生了钢筋拔出破坏,但黏结力下降缓慢,具有较好的黏结延性;未锈蚀变形钢筋与混凝土的黏结强度随混凝土的劈裂抗拉强度的变化呈线性变化规律,二者具有较好的相关性;随着钢筋锈蚀率的增加,混凝土的黏结强度呈先增后降的变化规律。通过回归分析知,当钢筋锈蚀率超过28%时,混凝土的黏结强度开始低于钢筋未锈蚀混凝土的黏结强度。

墩粗钢筋在高强钢纤维混凝土中的黏结锚固性能

为探究墩粗钢筋与高强钢纤维混凝土之间的黏结锚固性能,以黏结长度、保护层厚度和钢筋类型为试验变量,开展拔出试验.通过黏结-滑移曲线、破坏模式、黏结强度及峰值滑移等分析墩粗钢筋-高强钢纤维混凝土的黏结-滑移性能.结果表明:混凝土的黏结强度随着黏结长度的增加而降低,且对墩粗钢筋试件的影响更明显;提高保护层厚度可以提升黏结性能,但作用有限;钢筋进行墩粗处理可以有效提高钢筋与混凝土之间的黏结强度,显著降低峰值滑移,改变破坏模式.基于试验数据,建立了混凝土的黏结-滑移关系.

变形钢筋与橡胶混凝土黏结性能的试验研究

采用中心拉拔试验对变形钢筋与橡胶混凝土的黏结性能进行了研究,分析了橡胶颗粒掺量、橡胶颗粒粒径、改性方法和钢筋直径对黏结强度的影响。结果表明,钢筋与橡胶混凝土黏结和普通混凝土一样,受力过程分为胶结阶段、强度上升直线段和强度上升曲线段,只是橡胶混凝土各阶段的黏结强度较普通混凝土低。钢筋与橡胶混凝土的黏结强度随橡胶颗粒掺量的增加和粒径的减小而减小;随着变形钢筋直径增大,其与橡胶混凝土的黏结强度先增大后减小;水洗和Na OH改性处理在提高钢筋与橡胶混凝土的黏结强度方面效果不明显。

CFRP筋/钢筋与新型混凝土黏结性能试验研究

通过对27个中心拉拔试样进行测试,研究了碳纤维增强复合材料(CFRP)筋和钢筋分别与地聚物混凝土和硫铝酸盐混凝土两种新型混凝土之间的黏结性能、破坏模式和黏结-滑移关系曲线,并以普通混凝土为参照进行了对比分析。试验结果表明,对于同种混凝土,深螺纹CFRP筋与带肋钢筋的黏结-滑移曲线形状相似,均包含上升和下降段。深螺纹CFRP筋比带肋钢筋的黏结强度更高,且其最大黏结应力所对应的滑移量较带肋钢筋也更高。相比普通混凝土,硫铝酸盐混凝土与CFRP筋和钢筋的黏结性能较高,而地聚物混凝土因强度较低其黏结性能偏低。数据拟合结果显示,CMR模型比mBPE模型能够更好地拟合CFRP筋与地聚物混凝土、硫铝酸盐混凝土和普通混凝土之间的黏结-滑移试验曲线。

钢筋混凝土桥梁抗弯性能分析及阻裂方法研究

针对钢筋混凝土桥梁负弯矩区钢梁受压、混凝土受拉等因素引发的开裂问题,讨论了板材黏结加固技术在不同材料、预载条件下的阻裂加固效果。通过有限元分析模拟了采用板材黏结加固技术后钢筋混凝土桥梁的抗弯性能。结果表明,在加固结构中,镀钢材料的性能表现最好。同时,在抗裂性、加固材料可利用率和钢筋与加固材料应变等指标中,卸荷加固梁的性能同样优于不卸荷加固梁。

GFRP橡胶颗粒复合高强混凝土梁受弯性能研究

为进一步提升纤维筋钢筋混凝土梁的耐久性能,提升钢筋混凝土梁的承载能力。基于此,文中开展橡胶颗粒掺量与配筋率对GFRP橡胶颗粒复合高强混凝土梁受弯荷载作用下力学响应的分析。结果表明:与未掺加橡胶颗粒的混凝土梁相比,橡胶颗粒掺量为5%、10%的开裂荷载增幅分别为23%、41.8%;极限荷载增幅分别为8.4%、5.5%。与配筋率为1.69的混凝土梁相比,配筋率为2.63%的开裂荷载增幅分别为4.9%;极限荷载增幅分别为4.6%。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋黏结性能试验研究

通过51个钢-聚丙烯混杂纤维混凝土试件的中心拉拔试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋的黏结性能,分析钢纤维体积率、钢纤维长径比、聚丙烯纤维体积率和混凝土强度对黏结性能的影响,建立黏结本构关系。结果表明:对极限黏结强度的影响排序为,混凝土强度最大,钢纤维的体积率和长径比次之,聚丙烯纤维体积率最小;随着钢纤维体积率、钢纤维长径比和混凝土强度的增大,极限黏结强度分别提高18.4%、17.4%和50.5%,峰值滑移分别提高39%、38%和31%,聚丙烯纤维体积率的变化对极限黏结强度和峰值滑移没有明显影响;与钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土相比,极限黏结强度相应提高5.3%、21.3%和18.2%,峰值滑移相应提高2.8%、36%和90%。提出黏结应力-滑移全曲线的数学表达式,可为钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的工程应用和《纤维混凝土结构技术规程》的修订提供参考。

变形钢筋与机制砂混凝土黏结性能试验研究

通过混凝土试块中心的钢筋拉拔试验,研究了机制砂原料形态、石粉含量和混凝土强度对变形钢筋与机制砂混凝土黏结性能的影响规律.机制砂原料形态为碎石和卵石,石粉含量(质量分数)为5%,9%和13%,混凝土强度等级为C30,C40,C50和C60,月牙肋变形钢筋直径为12mm.结果表明:所有试件均因钢筋肋前的混凝土齿发生剪切破坏而使钢筋拔出,其黏结-滑移关系曲线可以通过特征点的黏结应力和滑移值表达为四阶段变化关系;变形钢筋与混凝土的黏结性能随着混凝土强度的提高而增加,钢筋与碎石破碎机制砂混凝土的黏结性能优于钢筋与卵石破碎机制砂混凝土;石粉含量的增加会降低黏结强度并使得黏结-滑移关系曲线的内劈裂段延长和下降段变陡.根据试验统计分析,建立了变形钢筋与机制砂混凝土的黏结-滑移本构关系.