钢-连续纤维复合筋及其增强混凝土结构研究现状

钢连续纤维复合筋(SFCB)由内芯钢筋与纤维增强复合材料(FRP)外包覆层复合而成,基于钢筋和FRP的优势互补,SFCB具有良好的耐腐蚀性能与稳定的屈服后二次刚度,在新建结构和加固领域具备广泛的应用前景。本文介绍钢与FRP复合的不同产品(筋、板、索等)及其力学性能特征,复合产品的受拉性能可以通过复合法则进行较好的预测,而SFCB的往复拉压性能由于内芯钢筋和外侧FRP相互作用而产生“双向削弱效应”。对SFCB/混凝土界面黏结性能及其增强混凝土梁、板、柱性能的研究进展进行介绍,SFCB/海砂混凝土的短期和长期黏结性能均表现良好,在盐溶液中浸泡6个月后其黏结性能无明显减弱;在相同柱顶侧移下,SFCB增强混凝土柱相对于普通钢筋混凝土(RC)柱的柱底曲率需求较小,结合集束等高效配筋形式可以实现SFCB增强混凝土柱变形能力的进一步有效控制;振动台试验表明:SFCB增强混凝土柱的塑性铰区应变更为均匀,有利于减小结构的震后残余变形。通过梳理SFCB及其增强混凝土结构研究现状,对提升本领域研究水平和促进工程应用推广有一定的参考价值。

钢-连续纤维复合筋(SFCB)力学性能试验研究与理论分析

本文对工业化制备的钢-连续纤维复合筋(SFCB)制品进行了单向拉伸和反复拉伸试验,观察其破坏过程和破坏特征,测定其初期刚度、二次刚度、屈服强度、极限强度、卸载刚度、残余变形。试验结果表明,SFCB的荷载-应变关系曲线在纤维断裂前呈现出明显的双折线,钢筋屈服后SFCB具有稳定的二次刚度、小的残余变形和良好的可恢复性能。根据材料的复合法则推导出了SFCB单调加载下应力-应变关系的理论计算模型,针对根据现有钢筋和纤维材料恢复力模型直接采用复合法则得到的SFCB反复拉伸的理论模型和试验结果误差较大的情况,基于SFCB反复拉伸的荷载-应变试验曲线特征,经过统计分析,构建了SFCB反复拉伸下应力-应变关系恢复力模型,该模型良好地揭示了SFCB在反复加载下其卸载模量随塑性发展而逐渐退化的规律,与试验数据进行比较,发现均吻合较好,证明了可以通过理论计算对SFCB的力学性能进行预测和设计。

钢-连续纤维复合筋增强混凝土柱抗震性能试验研究

具有稳定二次刚度和良好震后可修复性的钢-连续纤维复合筋(SFCB)增强混凝土柱的抗震性能与普通RC柱有较大差别,本文对在水平往复荷载作用下,轴压比为0.12的4个SFCB增强混凝土柱及1个RC对比柱的抗震性能进行试验研究。SFCB增强混凝土柱主要变化参数为SFCB中的纤维种类(玄武岩纤维和碳纤维)和钢/纤维比例。研究结果表明:①SFCB增强混凝土柱相对普通RC柱具有稳定的二次刚度,在复合筋内芯钢筋屈服后,SFCB增强混凝土柱承载力仍可稳定提高;②SFCB增强混凝土柱由于复合筋的二次刚度,实现了在与普通RC柱相同柱顶变形能力的前提下,具有较小柱脚曲率需求的特点,从而实现较小的卸载残余位移,较高的震后可修复性能;③SFCB增强混凝土柱的性能特点与复合筋中外侧纤维有直接关系,钢-玄武岩纤维复合筋增强混凝土柱相对于钢-碳纤维复合筋柱具有更好的延性(二次刚度有效长度)和相同柱顶侧向位移水平下卸载时更小的残余位移。

新型钢-连续纤维复合筋增强无砟轨道板及其基本性能研究

传统无砟轨道板采用钢筋增强,不仅影响轨道板的绝缘效果,恶化了无绝缘轨道电路的一次参数(主要是钢轨电阻和电感),而且其绝缘处理方法(添加绝缘套管或卡子)也降低了钢筋与混凝土黏结性能。对此,利用钢-连续纤维复合筋(SFCB)优异的绝缘性能,较好的黏结性能和较高的弹性模量等优点,提出一种新型SFCB增强无砟轨道板。首先对新型SFCB增强无砟轨道板进行绝缘性能试验,结果表明:SFCB增强轨道板相对有绝缘套管钢筋增强轨道板有效降低了钢轨一次参数的影响。在获得理想绝缘性能的基础上,对SFCB增强无砟轨道板进行受弯性能试验,结果表明:与普通RC板相比,SFCB板具有更高的极限承载力,更高的能量储备以及相当的位移延性,同时SFCB板的二次刚度限制了其钢筋屈服后的裂缝发展和宽度。文中提出的SFCB增强无砟轨道板具有更好的综合性能,值得在工程中推广应用。

钢-连续纤维复合筋(SFCB)单向拉伸力学性能试验研究

首先针对钢-连续纤维复合筋(SFCB)的特点设计了一套单向拉伸的试验装置和方法,然后对工业化制备的SFCB制品进行了单向拉伸试验,观察其破坏过程和破坏特征,测定其初期弹性模量、二次刚度、屈服强度、极限强度。试验结果表明,SFCB的应力-应变关系曲线在纤维断裂前呈现出明显的双折线,钢筋屈服后SFCB具有稳定的二次刚度。根据材料的复合法则推导出SFCB单向拉伸的理论计算模型,并与试验数据进行比较,发现吻合得较好,证明了可以根据复合法则对SFCB的性能进行预测和设计。

钢-连续纤维复合筋(SFCB)与混凝土粘结性能试验研究

钢-连续纤维复合筋（Steel Fiber Composite Bar，简称SFCB）是一种以钢筋为内芯外包纵向纤维的新型增强材料，具有较高的弹性模量、稳定的二次刚度及优异的耐腐蚀性能等特点。本文基于10个标准拉拔试件对SFCB与混凝土之间的粘结性能进行了研究，结果表明：SFCB与混凝土的粘结强度约为相应带肋钢筋的94％；拉拔试件的破坏形态可分为钢筋内芯屈服后SFCB拔出、钢筋内芯屈服前SFCB拔出和SFCB拉断3种；钢筋内芯屈服后SFCB拔出试件应力峰值点对应的自由端滑移值为1．76～1．84mm。本文所用SFCB为首次工业化制备出的复合筋，其粘结性能有一定的离散性，可以通过表面喷砂、表面缠肋以及变化肋的缠绕方向、间距和深度及制作工艺的进一步改善、成熟和稳定等方法来改善SFCB与混凝土的粘结性能。

钢-连续纤维复合筋(SFCB)增强混凝土柱抗震性能初探

为验证具有稳定二次刚度的钢-连续纤维复合筋(SFCB)增强混凝土柱在地震作用下有较小的残余变形和良好的可修复性,本文首先基于纤维截面模型,利用有限元软件OpenSees对SFCB增强的混凝土柱在往复荷载下的受力性能进行了数值模拟,然后介绍了SFCB增强混凝土柱在低周反复荷载作用下的部分试验结果,通过计算值与试验结果的比较,两者吻合良好,且都证明了SFCB增强混凝土柱具有明显而稳定的二次刚度和屈服后残余变形小的特性。最后通过对SFCB增强混凝土柱与普通RC柱的非线性动力时程分析进一步表明,在罕遇地震作用下,SFCB增强混凝土柱具有残余变形小,可修复性强的抗震性能。

钢-连续纤维复合筋(SFCB)的生产制备研究

提出一种钢筋与连续纤维复合而成的钢-连续纤维复合筋(SFCB)新型增强材料。首先介绍了试验室手工制备SFCB的研究工作,在大量探索性试验研究的基础上,提出SFCB的理想构造形式;然后具体介绍工业化制备SFCB各个组分的材料性能、SFCB生产过程以及关键工艺,工业化生产出SFCB制品;最后对SFCB与传统的钢筋以及FRP筋的性能和价格做了综合比较,表明SFCB不仅具有了良好的力学性能,同时相对于FRP棒材还具有较明显的价格优势,是一种综合性能优越的新型筋材,为SFCB的大量生产和推广应用打下了很好的基础。

钢-连续纤维复合筋(SFCB)嵌入式加固混凝土梁试验研究

通过1根对比梁、4根钢-连续纤维复合筋(SFCB)及1根CFRP筋嵌入式加固钢筋混凝土梁的抗弯试验,从各阶段荷载、截面刚度、延性、裂缝情况等方面对其抗弯加固性能进行了全面的比较分析。试验证明,嵌入SFCB抗弯加固能同时显著提高受弯构件正常使用阶段的刚度和极限阶段的承载力,在具有CFRP筋材理想耐腐蚀性能的同时,而成本却远低于目前所用的CFRP筋,是一种高性能低成本的高效加固方式。

钢-连续纤维复合筋与灌浆套筒粘结性能试验研究

钢-连续纤维复合筋(steel-FRP(fiber reinforced polymer)composite bar,SFCB)是一种内芯钢筋、外侧FRP的复合筋,由于其高耐久、高屈服后二次刚度比而在装配式混凝土结构中有独特优势。文章以粘结长度(5d、10d和15d)为变量,开展了SFCB与灌浆套筒连接件的界面性能单向拉伸试验研究,并与玄武岩纤维(BFRP)筋灌浆套筒连接性能进行比较,分析了拉拔试件的破坏模式和平均粘结强度。结果发现,随着粘结长度的增加,SFCB与灌浆之间的平均粘结强度有所降低;锚固长度为5d和15d的SFCB灌浆连接件分别发生屈服后拔出破坏和屈服后拉断破坏。随着SFCB中FRP含量(二次刚度比,rsf)的增加,SFCB的临界锚固长度有所增加,文章参数下的SFCB灌浆套筒连接的临界锚固长度约为7.6d,相关研究可为SFCB增强预制装配结构的连接技术奠定初步基础。

新型纤维复合筋增强无砟轨道板变幅疲劳性能试验研究

为评估变幅疲劳对无砟轨道板疲劳性能的影响,通过试验测试了7块无砟轨道板,每块轨道板具有相等的横截面刚度,所使用筋材分别为钢-连续纤维复合筋(SFCB)、玄武岩纤维复合筋(BFRP)和传统钢钢筋;试验参数主要考虑荷载水平和加载顺序的影响。试验结果表明,SFCB增强的轨道板具有更高的疲劳极限,当荷载水平超过疲劳极限时,SFCB增强轨道板的挠度,裂缝宽度和应力仍处于受控状态;相比之下,传统钢筋和BFRP筋增强轨道板的疲劳寿命和刚度均显著降低;疲劳极限内,荷载加载顺序对SFCB和BFRP筋增强轨道板的疲劳性能影响不大,在此期间,疲劳损伤仍由最大荷载水平控制。

部分无黏结复合筋混凝土梁变形能力研究

钢-连续纤维复合筋(SFCB)由内芯钢筋和外侧复合材料(FRP)组成,具有高耐久、可控的屈服后二次刚度等优点。由于FRP的极限延伸率较低,SFCB混凝土构件的极限状态往往由FRP断裂应变控制。为了提高SFCB混凝土梁的变形能力,针对变化无黏结长度的SFCB混凝土梁进行了试验研究,结合数字图像相关技术(DIC)测量了构件表面位移场,研究了无黏结长度对SFCB混凝土梁变形能力、承载能力的影响。结果表明:随着无黏结长度增大,SFCB混凝土梁的裂缝高度、宽度和间距逐渐增加,受压区混凝土将更早被压溃;SFCB混凝土梁的屈服后刚度与开裂后刚度的比值比较稳定,约为22%;跨中设置无黏结段后,跨中混凝土表面平均应变依然符合平截面假定;适当设置无黏结段有利于降低受拉筋材应变,提升SFCB混凝土梁的抗弯承载能力和变形能力。

钢-连续纤维复合筋嵌入式加固RC梁承载力分析

新型钢-连续纤维复合筋(SFCB)是一种以普通钢筋为内芯,外包纵向连续纤维的新型筋材。SFCB由于良好的力学性能、高耐久性和高性价比而在嵌入式加固中具有独特的优势。对SFCB嵌入式加固RC梁的承载力分析方法进行介绍,首先根据平截面假定及力的平衡,提出了SFCB嵌入式加固钢筋混凝土梁非粘结破坏时的受弯承载力计算方法;然后对嵌入式加固RC梁始于加载点附近开始的剥离破坏现象进行了理论分析,并给出了是否会发生粘结剥离破坏的判别方法和极限承载力的计算方法;最后,将计算结果与嵌入式加固RC梁试验结果进行了比较,认为该方法对破坏模式和极限承载力的预测均具有较好的精度。

考虑表面肋参数的钢-连续纤维复合筋与灌浆套筒界面性能研究

为了研究装配式混凝土结构中钢-连续纤维复合筋(Steel-FRP (Fiber Reinforced Polymer) Composite Bar, SFCB)与灌浆套筒(Grouted Sleeves, GSs)的界面性能,基于ABAQUS/Explicit引入材料损伤和接触模型,开展考虑表面肋的精细化有限元模拟。首先进行变化锚固长度(5d,10d和15d)、筋材种类(钢筋、BFRP筋和SFCB)的7组灌浆套筒连接件的锚固性能试验,随后开展有限元模拟并与试验对比。试验获得直接拔出、屈服后拔出和筋材拉断的破坏模式,结果发现钢筋/灌浆的界面强度约为复合筋/灌浆的1.5倍;考虑表面肋参数的精细化有限元模拟可合理预测破坏模式,其中SFCB灌浆连接件的灌浆损伤因子仅为0.5,钢筋、BFRP筋和SFCB与灌浆套筒的黏结强度计算误差可分别控制在8%、20%和7%以内。结合有限元模拟给出了BFRP筋和SFCB沿锚长方向的筋材应力、黏结应力及滑移分布,结果表明SFCB与灌浆的黏结应力分布曲线呈现"三峰状",而BFRP筋与灌浆的界面呈现"双峰状";SFCB灌浆连接件的"非弹性区"范围约为60%l_(a),且界面黏结应力和相对滑移大多发生在非弹性区内。

重复荷载作用下SFCB混凝土黏结性能试验研究

针对钢-连续纤维复合筋(SFCB)混凝土构件在动荷载作用下应力传递机制复杂、黏结破坏机理及应力分布特征尚未明确等问题,通过等阶、变阶重复加载的中心拉拔试验、并与单向拉拔试验对比。结果表明:等阶、变阶重复加载试件的黏结强度比单向拉拔试件低11.8%~19.8%,黏结界面损伤更为严重,且重复加载1次平均黏结应力峰值出现约0.5%~1.6%的损失;不同加载方式,试件拔出过程中的黏结-滑移曲线特征基本相似,钢芯与纤维层因变形不一致出现相对滑移;SFCB沿埋长方向的黏结应力并非均匀分布,不同加载方式的应力“波峰”形态有所区别。明确重复荷载作用下SFCB混凝土的黏结性能,可为SFCB混凝土结构设计、黏结-滑移曲线模型建立提供重要的参考依据。

SFCB和BFRP混杂配筋梁的受弯性能

为提高混凝土结构的刚度和耐久性,提出一种新型混杂配筋形式,钢-连续纤维复合筋(steel fiber composite bar, SFCB)和玄武岩纤维复合筋(basalt fiber reinforced polymer, BFRP)混合增强混凝土结构.将其与钢筋混凝土梁、传统混杂配筋梁的受弯性能进行对比研究,同时考察等效配筋率ρ_(e)、FRP与钢截面面积比A_(f)/A_(s)等参数对混杂配筋梁受弯性能的影响.结果表明:几种结构梁的破坏形态均为钢筋屈服后受压区混凝土压溃;与钢筋混凝土梁相比,混杂配筋梁具有较高的极限承载力,在受弯破坏前具有良好的耗能能力;混杂配筋梁的受弯承载力随着ρ_(e)值增加而增大,且ρ_(e)值越大,跨中挠度越小,裂缝宽度越小;A_(f)/A_(s)值对混杂配筋梁屈服后刚度影响较大,A_(f)/A_(s)值越高,钢筋屈服后结构刚度降低幅度越小.

SFCB珊瑚混凝土梁开裂性能及计算方法研究

通过对不同混凝土强度等级、钢-连续纤维复合筋(steel-FRP composite bar,SFCB)配筋率的珊瑚混凝土梁进行正截面抗弯性能试验,研究SFCB珊瑚混凝土梁的裂缝开展过程与规律、平均裂缝间距、最大裂缝宽度等,提出了SFCB珊瑚混凝土梁平均裂缝间距及最大裂缝宽度的计算公式。结果表明:SFCB珊瑚混凝土梁裂缝宽度在加载初期发展缓慢,接近极限荷载时,纯弯端主裂缝宽度不断变大,梁最终发生弯曲破坏;增大SFCB配筋率,梁平均裂缝间距减小,而增大珊瑚混凝土强度等级,梁平均裂缝间距增大;随着SFCB配筋率的提高,梁最大裂缝宽度扩展逐渐减慢,抑制了裂缝的发展;提高珊瑚混凝土强度的等级,梁最大裂缝宽度变化较小;基于试验数据,提出了梁平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式,理论值与试验值吻合良好。

FRP材料性能及其改善措施研究

对FRP材料性能进行了分析,指出了FRP材料的优点以及材料本身存在的缺点,并总结了材料性能改善措施,通过与普通钢材结合、纤维混杂等方法的实施,达到了改善其性能的目的。