不同温度下钢-改性聚氨酯混凝土界面黏结滑移性能试验研究

在钢桥运营过程中,铺装层与桥面板的黏结层常会因车辆碾压、温度等因素的影响而出现脱黏现象。近年来,国内出现一种新型改性聚氨酯混凝土,具有较好的工程适用性,已用于多座钢桥梁铺装工程。为研究该混凝土与钢桥面板的界面黏结性能,设计并制作该改性聚氨酯混凝土与Q345钢的层间复合试件。考虑温度的影响,分别在-10、15、40和60℃下进行斜剪试验。基于数字图像处理技术(DIC)采集试件界面的滑移量和应变,分析试件在不同温度下的破坏形态、界面黏结性能及界面应变分布规律。基于试验结果,建立钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式。研究结果表明:温度对试件界面黏结性能的影响显著,试件的界面剪切强度和刚度随温度升高而降低,而其界面极限滑移量与温度无明显关系,界面应变的绝对值均沿胶层方向从试件混凝土层的加载端到未加载端逐渐减小;随着温度升高,试件由脆性破坏向塑性破坏过渡;据所建立的钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式所得剪切强度、刚度计算结果与试验结果较吻合,可为聚氨酯类混凝土钢桥面铺装工程应用提供参考。

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。

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。

BFRP筋回收轮胎钢纤维混凝土黏结性能分析

对玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在回收轮胎钢纤维(RTSF)混凝土中的黏结性能进行了试验和分析研究.对不同RTSF体积掺量、BFRP筋直径和嵌入长度的试件进行了拉拔试验,研究其对黏结破坏模式、黏结滑移响应和黏结强度的影响,并提出了BFRP筋RTSF混凝土的黏结滑移理论模型.结果表明:BFRP筋RTSF混凝土黏结破坏类型包括拔出破坏、劈裂破坏以及拔出且劈裂破坏;BFRP筋直径对黏结破坏模式无显著影响,而RTSF体积掺量、BFRP筋直径和嵌入长度均对黏结强度有较大影响,且RTSF体积掺量与极限黏结强度呈正相关,BFRP筋直径和嵌入长度对其影响与之相反;当RTSF体积掺量从0增大至1.5%时,其极限黏结强度最大可提高约23.87%.与已有模型相比,所提出的黏结滑移理论模型对BFRP筋RTSF混凝土的黏结滑移曲线具有更高的拟合精度.

HRB500高强钢筋与活性粉末混凝土黏结滑移本构关系研究

为了研究高强钢筋与活性粉末混凝土(简称RPC)的黏结性能,以钢筋直径与锚固长度为变量通过中心拉拔试验分别测定了HRB500型高强钢筋与三种不同配合比的活性粉末混凝土的黏结应力和滑移值。通过理论分析与数据拟合,探讨了影响黏结性能的主要因素,在试验与计算分析的基础上建立了黏结-滑移本构关系。拟合出的黏结-滑移本构曲线基本反映出试验曲线的变化规律,并通过比较初步分析了三种不同纤维掺量制作的RPC试块与高强钢筋黏结滑移曲线的变化规律,可为活性粉末混凝土结构有限元分析提供参考。

页岩多孔砖与砂浆黏结滑移本构模型研究

通过物理模型试验方法及数值分析方法,研究砖与砂浆黏结滑移性能。以砂浆强度等级和页岩多孔砖孔洞率为变量进行8组48个三砖试件剪切黏结-滑移试验,得到双剪三砖试件的黏结破坏形态、黏结强度及黏结强度-滑移曲线。提出多孔砖砌体黏结强度计算公式和黏结滑移本构模型,根据本文提出的黏结滑移本构模型建立了双剪三砖试件分离式细观模型进行有限元模拟实验,其计算结果与试验结果吻合良好,验证了砖与砂浆界面黏结滑移本构模型的适用性及砌体分离式细观模型的合理性。

带肋钢筋与灌浆料黏结性能试验

为灌浆料在预制装配式结构及加固改造领域提供理论依据,进行了27个带肋钢筋-灌浆料拉拔试验,研究了试件的破坏模式和黏结强度随变量的变化规律,分析了灌浆料开裂、压碎过程及与过程相对应的典型黏结-滑移曲线各阶段.基于试验数据,拟合了灌浆料黏结锚固强度公式、黏结强度对应的滑移值公式和黏结应力-滑移关系式,提出了钢筋在灌浆料中的锚固长度经验值.结果表明:随着保护层厚度增大,试件平均黏结强度不断增大,相比于混凝土,保护层厚度增大相同幅度,灌浆料黏结强度增长慢;随着钢筋直径增大,平均黏结强度减小;随着钢筋锚固长度增加,试件平均黏结强度降低,相比于自密实混凝土,锚固长度增加相同幅度,灌浆料黏结强度增长快;强度等级相同时,灌浆料黏结强度高于普通混凝土;钢筋与灌浆料间黏结性能和钢筋与混凝土间黏结性能有差异.

玻璃纤维筋与混凝土黏结性能试验研究

基于18根玻璃纤维筋混凝土试件的拉拔试验，研究了玻璃纤维筋与混凝土的黏结性能，并与钢筋混凝土黏结性能进行了对比分析。主要研究玻璃纤维筋的直径、保护层厚度对黏结性能的影响，试验结果表明，玻璃纤维筋与混凝土的黏结强度随GFRP筋直径的增大而降低，随着保护层厚度的增大而增大。以试验数据和和美国ACI440标准为基础，给出了玻璃纤维筋基本锚固长度实用计算公式。

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.

钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的梁式试验研究

采用梁式黏结试验研究活性粉末混凝土与钢筋的黏结性能。研究表明:活性粉末混凝土梁式试验中的黏结破坏呈现钢筋拔出破坏、钢筋拔出与混凝土劈裂破坏共同发生等两种破坏形式。活性粉末混凝土与钢筋的极限黏结强度及所对应的滑移值分别约为普通混凝土的2倍左右。通过试验给出黏结应力-滑移曲线,曲线分为微滑移段、滑移段、滑移加速段和下降段等4个阶段。分析表明:保护层厚度及埋长对钢筋黏结锚固特征值有一定的影响。本文通过试验与分析提出用相对保护层厚度及相对埋长表示各阶段黏结锚固特征值的拟合计算公式,为工程设计提供参考。

受力方式对活性粉末混凝土中钢筋黏结性能的影响

采用拔出和梁式两种试验方法,对比分析了在不同受力状态下变形钢筋与活性粉末混凝土之间的黏结性能.研究表明:两种受力方式下的试件均有活性粉末混凝土劈裂、钢筋拔出与活性粉末混凝土劈裂共同发生、钢筋拔出3种破坏形式;钢筋在活性粉末混凝土中的黏结应力-滑移曲线都可分为4个阶段,但不同受力方式下每阶段特征略有差异;两种受力方式下,黏结强度都随钢纤维掺量的增加而增大,当钢纤维掺量由0%增加到2.0%时,拔出试验的黏结强度增长28.25%,而梁式试验的黏结强度增幅达到58.61%;当活性粉末混凝土中不掺加钢纤维时,梁式试验的黏结强度要小于拔出试验,但掺加钢纤维后,要大于拔出试验.

芳纶纤维塑料筋与混凝土之间的黏结强度

基于48个标准拉拔试验,对芳纶纤维塑料（AFRP）筋与普通C50混凝土、高性能C50混凝土、环氧树脂和水泥浆之间的黏结强度进行了比较系统的研究.结果表明：AFRP筋试件的破坏模式分为拔出破坏和劈裂破坏2种;破坏模式对AFRP筋黏结强度的影响不大;AFRP筋与混凝土的黏结强度约为变形钢筋与混凝土黏结强度的0.79~1.11倍;相比于高性能C50混凝土,AFRP筋与普通C50混凝土的黏结强度高10%左右;AFRP筋与环氧树脂的黏结强度较高,而与水泥浆的黏结强度则较低.最后,对AFRP筋与混凝土黏结强度的计算方法进行了探讨.

不同表面形态的黏砂变形GFRP筋与混凝土之间的黏结性能

基于27个Losberg拉拔试验,对不同表面形态的黏砂变形玻璃纤维(GFRP)筋与混凝土之间的黏结性能进行了较为系统的研究.研究表明:GFRP筋与混凝土之间的黏结应力-滑移(τ-S)曲线可分为上升段、下降段和振荡段3段,其中上升段又可分为微滑移段和滑移段;黏砂变形GFRP筋的肋间距越大,则相应的τ-S曲线振荡段波谷之间的距离也越大;对于2种不同表面形态的黏砂变形GFRP筋(Aslan-1和Aslan-2),其破坏模式包括拔出和劈裂2种;黏砂变形GFRP筋试件的黏结强度约为钢筋试件的84.2%～98.6%;相比于黏砂变形Aslan-1 GFRP筋,Aslan-2 GFRP筋黏砂颗粒较细,且分布更均匀,黏砂层略厚,与混凝土之间的黏结强度略高10%左右;随着筋直径的增大和混凝土强度的降低,2种不同表面形态的黏砂变形GFRP筋试件与混凝土之间的黏结强度均有所降低.

奥氏体不锈钢筋与混凝土黏结性能试验及有限元分析

通过11组33个奥氏体不锈钢筋混凝土中心拉拔试验,研究钢筋直径、保护层厚度、锚固长度、混凝土强度及配箍率对试件破坏现象、黏结应力-滑移曲线、极限黏结强度的影响,并与1组3个普通碳素钢筋混凝土试件、1组3个铁素体不锈钢筋混凝土试件进行对比,分析3种类型钢筋与混凝土黏结性能的差异。基于试验数据,统计回归出奥氏体不锈钢筋与混凝土黏结强度的计算公式。运用ABAQUS有限元分析软件,对不同锚固长度拔出试件进行非线性有限元模拟分析,并将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明:奥氏体不锈钢筋与混凝土的极限黏结强度要略低于普通碳素钢筋,但略好于铁素体不锈钢筋;荷载-位移曲线和极限荷载值与试验所得结果吻合较好。

CRB600H钢筋与蒸压加气混凝土黏结性能研究

通过对4组共36个CRB600H钢筋与蒸压加气混凝土拔出试件进行中心拔出试验,研究锚固长度、有无横筋锚固、试件在模具中选取的位置等因素对CRB600H钢筋与蒸压加气混凝土试件的黏结性能的影响,并与1组9个HPB300钢筋蒸压加气混凝土试件的黏结强度进行对比。试验结果表明:随着锚固长度从160 mm增加到300 mm,极限荷载提高了约88%;有横筋锚固试件比无横筋锚固试件的极限黏结强度提高了约49%;CRB600H钢筋与蒸压加气混凝土的极限黏结强度比HPB300钢筋提高了约62%。为CRB600H钢筋与蒸压加气混凝土在实际应用中提供了理论依据。

硫酸盐-干湿循环下钢筋与混凝土黏结性能试验研究

通过中心拉拔试验研究了硫酸盐-干湿循环下钢筋与混凝土之间的黏结性能。分析在不同干湿循环次数(0、10、15、20、25和30次)、混凝土强度(C30、C40、C50)和矿物掺合料(粉煤灰、硅灰、双掺)条件下,试件黏结-滑移曲线与黏结强度的变化规律。研究结果表明:干湿循环时间比例为3∶1时,试件主要产生了Na_(2)SO_(4) 物理结晶侵蚀,所有试件均发生劈裂破坏。随着干湿循环次数的增加,钢筋与混凝土之间的黏结强度先增大后减小,主要是由硫酸钠物理结晶提供的膨胀力所致。相同干湿循环次数下,提高混凝土强度和加入矿物掺合料均对增大钢筋与混凝土的黏结强度有利。最后,基于试验数据,给出了硫酸盐-干湿循环环境下钢筋与混凝土黏结强度的计算公式,且计算值与试验值吻合较好。

海水海砂再生混凝土与环氧涂层钢筋黏结性能

采用中心拔出试验对环氧涂层钢筋海水海砂再生混凝土的黏结性能进行了试验研究。考虑不同混凝土类型(普通混凝土、再生混凝土、海水海砂再生混凝土)、设计强度等级(C20、C25)、黏结长度(3d、5d、8d,d为钢筋直径)、钢筋种类(普通钢筋、环氧涂层钢筋)和保护层厚度(67、42 mm)等参数进行拔出试验,研究其黏结强度的变化规律。结果表明:环氧涂层钢筋与海水海砂再生混凝土之间黏结性能较普通钢筋混凝土的略有降低,再生粗骨料的加入降低了试件的黏结强度,而海水、海砂减小了再生粗骨料对黏结强度的不利影响;黏结强度随着混凝土强度和保护层厚度增加而显著提高,随着黏结长度增长而降低;环氧涂层钢筋与海水海砂再生混凝土黏结滑移曲线与普通钢筋混凝土试件的相似,分为微滑移、滑移和下降三段;环氧涂层钢筋使得曲线曲率增加、下降段较缓,而海水、海砂影响与之相反。拟合得到了环氧涂层钢筋与海水海砂再生混凝土间黏结强度计算公式,计算值与相关试验数据吻合良好。

直缝焊接钢管与混凝土界面黏结性能试验研究

大跨越输电杆塔工程中钢管混凝土结构设计对其界面黏结性能提出了更高的要求。为研究直缝焊接钢管与混凝土界面黏结性能,采用正交试验方法设计了9个钢管混凝土试件的推出试验。研究了直缝焊接钢管与混凝土界面黏结机理和黏结应力分布规律,分析了各因素影响黏结强度的主次关系及变化规律,并基于正交试验分析结果提出了优化的黏结强度经验计算式。试验结果表明:黏结应力-滑移曲线包括胶结段、非线性初滑移段和滑移段,在胶结段、非线性初滑移段曲线呈相似上升趋势,在滑移段曲线出现3种发展趋势,即Ⅰ-1、Ⅰ-2和Ⅱ类;Ⅰ-1类曲线下降后保持水平,Ⅰ-2类曲线下降后呈二次上升,Ⅱ类曲线形成拐点后缓慢上升,其3种发展趋势主要由直缝焊接钢管的制作“宏观偏差”所导致;影响胶结强度和极限黏结强度的因素主次关系均为钢管径厚比、混凝土强度、界面黏结长度,胶结强度和极限黏结强度随钢管径厚比增大而显著降低,随混凝土强度提高而增大;试件两端处黏结应力存在随荷载增大而减小的现象,揭示了黏结界面剥离从两端向中部发展的破坏机制;与其他学者实测数据对比证明本文黏结强度计算式有一定的可参考性。

碳纤维布-混凝土界面剪切性能试验研究

碳纤维布(CFRPS)与混凝土之间的黏结性能是影响碳纤维布加固混凝土结构受力性能的主要因素之一。为了研究影响碳纤维布-混凝土的黏结性能的因素,针对单位面积不同质量的碳纤维布、碳纤维布层数和混凝土强度等级,进行了碳纤维布-混凝土界面黏结性能的双剪试验。在不同碳纤维布、不同碳纤维布层数和不同混凝土强度等级下,分析碳纤维布与混凝土黏结界面的破坏特征,结合其荷载-位移曲线分析碳纤维布-混凝土黏结界面的破坏机理。采用应变叠加法得到黏结应力-滑移曲线,分析不同因素下的滑移量和最大剪应力,得到滑移量及最大剪应力在单一因素下的影响规律。试验结果表明:试件破坏发生均在混凝土表层之间;碳纤维布层数与混凝土强度等级能增加其界面极限承载力和最大剪应力,而不同的碳纤维布对界面极限承载力和最大剪应力影响不大;碳纤维布的相对滑移量随着碳纤维布单位面积质量、碳纤维布层数及混凝土强度等级增加而降低。

混凝土强度对预制叠合板连接钢筋锚固性能的影响

预制叠合板中连接钢筋的黏结锚固性能是影响结构整体性能的重要指标,通过与传统混凝土结构的比较分析,发现混凝土强度是影响其锚固性能的关键。针对单面叠合和双面叠合两种形式,通过对2组包含不同混凝土强度叠合板拔出试验,动态记录了试件的加载过程,得到了连接钢筋的黏结应力-滑移曲线;结合参数分析,得到了黏结强度的变化规律,最终给出了连接钢筋锚固长度的计算式。同时根据试验参数建立了有限元模型,采用非线性弹簧单元模拟钢筋混凝土的黏结滑移性能,对比分析了不同混凝土强度下的黏结滑移规律。结合GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的相关规定,对预制叠合板中连接钢筋锚固长度的设计取值给出了建议。