BFRPC与预应力钢绞线黏结-滑移本构模型

预应力钢绞线与玄武岩纤维活性粉末混凝土BFRPC(Basalt Fiber Reactive Powder Concrete)之间的黏结性能,对预应力BFRPC桥梁结构的抗弯承载力、裂缝控制、刚度等性能具有显著影响。为了明晰预应力钢绞线与BFRPC之间的黏结-滑移失效过程,通过中心拉拔试验研究了钢绞线直径和黏结长度对预应力钢绞线与BFRPC之间黏结性能的影响。深入探讨了黏结应力-滑移曲线特征、黏结强度及影响因素;建立了BFRPC与预应力钢绞线的分段式双线型线性黏结应力-滑移本构关系模型;综合考虑钢绞线螺旋缠绕特征与旋转滑移失效模式,修正了预应力钢绞线与BFRPC的极限黏结强度计算模型。研究结果表明:对于相同直径的预应力钢绞线,黏结长度每增加100 mm,初始黏结应力下降15%~18%,极限黏结应力下降20%~23%;泊松效应会削弱混凝土和钢绞线之间的握裹力,使得黏结强度与钢绞线直径成反比;钢绞线与BFRPC的黏结-滑移本构关系模型可有效区分拉拔损伤的线性段和滑移段;建立的极限黏结强度修正模型精度良好,误差控制在理论计算控制线两侧±8%以内。

纤维增强复合筋与混凝土黏结性能试验及黏结-滑移本构关系模型

对30个纤维增强复合材料(FRP)筋-混凝土黏结试件进行了拉拔试验,研究了FRP筋类型、直径、黏结长度与混凝土强度等级对界面黏结性能的影响。在试验研究基础上,建立了预测界面黏结强度和黏结剪应力-滑移本构关系模型,并与试验结果进行了比较分析。试验结果表明,破坏模式为FRP筋滑移拔出或者FRP筋断裂。4个试验变量中FRP筋类型对界面黏结强度影响最为显著。计算结果表明,建立的预测模型与试验值吻合较好,可以有效地预测FRP筋与混凝土界面的黏结强度和黏结剪应力-滑移关系曲线。

钢筋-再生混凝土黏结滑移性能试验

为研究钢筋与再生混凝土界面黏结性能和本构关系,考虑再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率、钢筋类型、钢筋直径、锚固长度的影响,设计了15个梁式试件进行钢筋-再生混凝土黏结滑移性能试验.综合分析上述变量对荷载-滑移曲线、黏结强度、黏结效率的影响规律,给出了黏结-滑移本构关系的建议.结果表明:随再生粗骨料取代率增加,钢筋与混凝土之间的黏结强度减小,而抗滑移能力增强;再生细骨料的加入,导致再生混凝土的黏结性能明显退化;螺纹钢筋与再生混凝土的黏结强度约为光圆钢筋的2倍;钢筋与再生混凝土的界面黏结性能随着钢筋直径和锚固长度的增加而降低;建议的钢筋-再生混凝土的黏结-滑移本构关系和参数,与试验结果拟合较好.

变形钢筋与高强轻骨料混凝土的黏结-滑移性能

研究变形钢筋与轻骨料混凝土间的黏结-滑移性能,完成了9组中心拉拔试验,分析了轻骨料混凝土强度、锚固长度、粗骨料类型及钢筋的直径对黏结应力的影响.结合试验结果,采用厚壁模型,给出了轻骨料混凝土黏结强度的解析解,并建立了钢筋与轻骨料混凝土间的黏结应力-滑移曲线本构模型.结果表明:轻骨料混凝土的黏结-滑移性能主要受砂浆强度影响,使得该类混凝土与变形钢筋间的黏结应力优于普通混凝土;黏结强度随着轻骨料混凝土的强度提高而增加,随着黏结长度的降低而增加;本文提出的本构模型能够较为准确地预测试验曲线.

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。

冻融循环后的型钢混凝土黏结滑移性能研究

冻融后型钢与混凝土间的黏结滑移对型钢混凝土结构在冻融环境下的受力性能具有重要影响,为了研究冻融循环后型钢混凝土的黏结强度与滑移特性,对9个常温及冻融后的型钢混凝土短柱试件进行推出试验.结果表明:冻融循环作用后,型钢混凝土各特征黏结承载力与特征黏结强度下降,而保护层厚度增加,使试件端部与柱身裂缝减少,试件的承载力提高.同时冻融前后的型钢混凝土荷载—滑移曲线与黏结—滑移曲线具有大致相同的形状,并在总结规律的基础上构建了冻融型钢混凝土的黏结-滑移本构模型.结合本次试验数据与以往常温及冻融后的型钢混凝土有关试验数据,回归得到冻融型钢混凝土的各黏结强度特征值与相应滑移计算方法,计算结果与试验数据符合性较好.

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。

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。

黏砂变形GFRP筋与约束混凝土之间的黏结性能

基于30个Losberg拉拔试验,对黏砂变形GFRP筋与采用箍筋约束的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筋与约束混凝土之间的黏结-滑移(τ-s)曲线可分为微滑移段、滑移段、下降段、二次上升段以及残余下降段;对于采用箍筋约束的GFRP筋试件,均只发生拔出破坏,而对于无箍筋约束的GFRP筋试件,其破坏模式包括拔出和劈裂两种;与无箍筋约束的GFRP筋试件相比,GFRP筋与约束混凝土之间的黏结强度增加了0%～16%,而达到黏结强度时对应的滑移量则提高了1.20～2.76倍.在考虑GFRP筋直径、黏结长度、体积配箍率等因素的基础上,建立了GFRP筋与约束混凝土之间的黏结-滑移本构模型.

受栓钉强度控制的钢板-混凝土界面黏结滑移性能试验与本构模型

以预应力型钢-混凝土界面为研究对象,旨在建立钢板-混凝土栓钉连接界面黏结滑移的本构关系。研究以混凝土强度、栓钉数量及法向压应力为变量,采用正交试验法对18个钢板-混凝土界面试件进行剪切试验。试验界面取为原型界面足够小的单元,使其能代表该单元内一点处的性能,从而探讨一点处的黏结滑移性能,并得到一点处的黏结应力-滑移关系曲线。结果表明：试验后期均发生栓钉剪断造成黏结应力骤降的破坏。混凝土强度和法向压应力的增加对界面的屈服、峰值和残余黏结应力均有提高作用;栓钉含量对界面的屈服及残余黏结应力影响不大,但可提高界面的峰值黏结应力,还可增大峰值黏结应力点的滑移及残余段初始滑移,提高延性。基于试验结果分别建立了无栓钉、含单栓钉和含双栓钉的钢板-混凝土界面黏结滑移本构模型,统计回归了模型中特征点的应力及滑移等参数的算式。所提模型与试验结果吻合良好,达到了在黏结滑移本构关系中考虑栓钉影响的目的。

变形钢筋与混凝土黏结性能数值模拟与计算

对现有的几种钢筋混凝土黏结-滑移本构关系进行比较和分析,并选用一种包含构件约束条件且在函数形式上连续的黏结-滑移本构关系。将构件沿钢筋锚固长度方向划分成有限个微段,并采用递推迭代的数值计算方法,使沿着钢筋长度方向的每一微段都满足该本构关系,通过反复迭代使沿锚固长度方向的钢筋应力及黏结应力满足边界条件,从而得到每一滑移对应的钢筋应力,比较快速且方便计算求得构件的荷载-位移响应曲线。为验证本构关系的正确性及计算方法的合理性,使用该本构关系及计算方法对几组试验数据进行了计算与比较验证。对各国规范的锚固长度计算公式及迭代计算的锚固长度进行了变量分析并进行比较。结果表明:计算结果与试验结果吻合良好;选用的本构关系函数具有连续性,使得迭代能够稳定收敛,且由于计算的高效性,容易计算得到既定条件下的钢筋极限锚固长度;各国规范计算锚固长度均偏于安全,但中国规范安全储备最低。

套筒灌浆料与高强钢筋黏结性能试验与仿真分析

探究了钢筋套筒灌浆连接中套筒灌浆料与高强钢筋的黏结性能。以钢筋直径、钢筋黏结长度为试验变量,浇筑27个试件开展拔出试验。试件的失效模式包括钢筋断裂、钢筋黏结滑移失效、劈裂等三种类型,钢筋直径、钢筋黏结长度均对失效模式产生影响,其中,钢筋黏结长度的影响更加明显。此外,钢筋黏结滑移失效时,试件的荷载-滑移曲线初始下降段出现荷载骤降的现象,其下降幅值约为0.1~0.3倍峰值荷载。进一步提出了套筒灌浆料与高强钢筋的黏结-滑移本构模型,并基于试验数据拟合分析给出了黏结强度、峰值滑移、残余黏结强度等参数的计算表达式。最后,通过有限元模拟进行拓展分析,发现钢筋直径(d)12、16、18mm的拔出试验试件发生钢筋断裂时钢筋黏结长度分别不低于5d、7d、7d。这些发现可为钢筋套筒灌浆连接设计以及承载力计算方法提供依据。

高强钢筋与超高性能混凝土黏结性能试验研究

为研究高强钢筋与超高性能混凝土(UHPC)的黏结性能,考虑钢筋直径、锚固长度以及保护层厚度等因素对黏结性能的影响,设计了15组45个常温养护条件下的中心拔出试件;通过中心拔出试验,观察试件在静力荷载作用下的破坏过程、裂缝的产生、试件破坏形态以及黏结应力-滑移曲线特征等.结果表明:高强钢筋与UHPC黏结强度较大,约为48~73 MPa;与普通混凝土不同的是钢筋与UHPC的黏结强度随着钢筋直径的增加而增加;黏结强度与保护层厚度成正比,与黏结长度成反比;保护层厚度对试件破坏模式影响较大,保护层厚度较薄时,试件发生劈裂;保护层厚度较大时试件发生拔出破坏.钢筋在拔出的过程中黏结应力-滑移曲线与坐标横轴围成的面积较大,表明其耗能能力较强.基于试验结果,结合黏结机理分析提出了黏结强度计算模型以及黏结-滑移本构方程,理论计算结果与试验结果吻合较好.

钢筋-中高强度再生混凝土黏结滑移性能梁式试验研究

为研究钢筋与再生混凝土黏结滑移性能,进行了13个梁式试件的钢筋-中高强度再生混凝土黏结性能试验。研究了钢筋外形、锚固长度、混凝土强度、再生骨料取代率对钢筋-再生混凝土黏结滑移性能的影响。结果表明:再生粗骨料混凝土取代率为33%~66%、细骨料为天然砂时,钢筋-再生混凝土黏结强度与普通混凝土接近;再生粗骨料取代率100%、再生细骨料取代率50%以上时,钢筋-再生混凝土黏结性能明显退化;与普通混凝土相比,再生粗骨料混凝土的相对混凝土强度黏结效率系数有所提高;变形钢筋与再生混凝土的黏结强度明显好于光圆钢筋;钢筋与再生混凝土的黏结强度随钢筋相对锚固长度增大而减小;拟合所得的黏结-滑移本构模型,其计算值与试验值吻合良好。

大直径玻璃纤维增强聚合物复合材料抗浮锚杆外锚固性能试验及黏结-滑移模型

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料抗浮锚杆与建筑物混凝土底板的锚固效果关乎整个结构的安全性和稳定性。为深入探究GFRP复合材料抗浮锚杆与混凝土底板之间的锚固性能,本文通过自行设计的足尺锚杆对拉试验装置对不同锚固形式的GFRP复合材料抗浮锚杆进行抗拔试验,测定锚杆极限抗拔承载力及杆体与混凝土间相对滑移量。试验结果表明,采用新型应力分散锚具锚固的GFRP复合材料抗浮锚杆外锚固段锚固效率均在80%以上,与混凝土间滑移量均大于裸筋直锚试件,证实该新型应力分散锚具可有效提升GFRP复合材料抗浮锚杆外锚固效果。在双曲线模型基础上提出一种新型的描述GFRP复合材料抗浮锚杆与混凝土黏结-滑移关系上升段本构模型,该模型综合考虑杆体直径及锚固长度对锚杆杆体与混凝土间黏结-滑移本构关系的影响,模型预测结果与本次试验结果吻合度较高,并对模型的合理性和准确性进行了验证。

型钢高强混凝土界面黏结滑移推出试验及其本构关系研究

为研究型钢高强混凝土界面黏结性能,对9个型钢高强混凝土试件进行推出试验,分别考虑混凝土强度、配箍率、保护层厚度和型钢锚固长度对型钢高强混凝土界面黏结性能的影响。观察试件的加载过程和裂缝发展形态,分析了试件破坏形态,得到试件加载端荷载-滑移曲线。通过分析沿型钢锚固方向应变和界面黏结应力的分布规律,运用灰色关联理论建立了黏结应力计算式,并推导出荷载-滑移曲线关系表达式。讨论了影响界面滑移损伤变量的关系。结果表明:各试件加载端荷载-滑移曲线走势基本相同;灰色关联理论能够较好地反映黏结应力与各影响因素之间的关系,其中保护层厚度与黏结应力相关性最好;推导的黏结应力算式的计算精度能达到98%;提出的黏结应力-滑移的本构关系数学表达式拟合度较好;界面损伤发展程度与各影响因素关系紧密。

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结滑移性能及本构关系

为了研究钢筋与再生混凝土在不同冻融循环次数下的黏结滑移性能,通过对5组共75个试件进行中心拉拔试验,以保护层厚度、钢筋锚固长度、混凝土类型为变量,建立考虑位置函数的黏结滑移本构关系,并通过ANSYS有限元分析软件对再生混凝土黏结性能进行数值模拟。结果表明:冻融后钢筋与再生混凝土的黏结性能略低于普通混凝土;相同冻融循环次数下,保护层厚度越大,钢筋锚固长度越短,则黏结强度和平均黏结刚度越大,峰值滑移量越小,其中保护层厚度对再生混凝土的黏结性能影响最大;冻融循环次数的增加,使得黏结应力加速向自由端传递,经历100次冻融循环后,自由端黏结应力峰值超过加载端。通过试验分析,获得了试件的黏结应力和滑移量沿锚固长度分布规律,并建立了考虑位置函数的钢筋与再生混凝土的黏结-滑移本构关系。

纳米SiO2质量分数对胶粘碳纤维增强树脂复合材料板-钢搭接界面黏结性能的影响

胶黏剂力学性能对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢结构的界面黏结性能影响显著。基于研制的胶黏剂配比,分析了不同纳米SiO2质量分数对胶黏剂常温固化后基本力学性能及微观结构的影响,制作了31个CFRP板-钢板双搭接试件,对其进行了常温固化后的承载能力、有效黏结长度、传力模式、黏结-滑移本构等试验研究,得出了纳米SiO2质量分数对CFRP板-钢板搭接试件界面黏结性能的影响规律,并与常用商品胶黏剂进行了比较。研究结果表明:随纳米SiO2质量分数的增加,胶黏剂应力-应变关系由线性转变为非线性,应变能、断裂伸长率及剪切强度分别最高提升了292.10%、202.88%和133.12%。微观结构分析表明纳米SiO2的添加使断面粗糙度显著增加,形成了密集的塑性空穴,产生了更多的微裂纹,使胶黏剂的韧性大幅度提高。当纳米SiO2质量分数从0增至1wt%,搭接试件破坏模式由界面破坏逐渐变为CFRP板层离破坏。掺入纳米SiO2能显著增加搭接试件的极限承载力(提升256.96%)及界面有效黏结长度(提升3倍),提高CFRP表面的应变及界面剪应力峰值。纳米SiO2质量分数为0与0.5wt%的搭接试件的黏结-滑移曲线为双线性三角形模型,纳米SiO2质量分数为1wt%的搭接试件的黏结-滑移曲线为三线性梯形模型,黏结界面韧性大幅提升。CFRP-钢界面承载能力受胶黏剂拉伸强度与断裂伸长率的双重影响,非线性高强度(即具有较高应变能)胶黏剂对应的CFRP-钢搭接接头具有更好的界面性能。

锈蚀钢筋与混凝土高温后黏结性能试验研究

为研究高温作用后锈蚀钢筋与混凝土黏结退化机理,设计并制作65个钢筋位于侧边中心、23个钢筋位于侧边角部的拉拔试件。采用通电加速锈蚀方法得到锈蚀试件,然后将其在电炉中升温至目标温度,自然冷却至室温后进行拉拔试验,以研究温度、锈蚀率、保护层厚度和钢筋位置对黏结性能的影响。研究表明:高温(温度不低于400℃)和严重锈蚀(锈蚀率大于6.1%)对黏结性能有弱化作用,保护层厚度对黏结破坏模式和黏结-滑移性能影响较大;微锈蚀(锈蚀率小于2.4%)可导致黏结刚度增大趋势减缓,黏结强度小幅增大或不变;在温度100~200℃之间时,黏结强度达到最大值。基于试验结果,采用Bihill模型进行回归分析,得到适合黏结-滑移全曲线的黏结应力计算式及连续型黏结-滑移模型。计算结果表明,所提出的本构模型能够对黏结应力进行较准确的计算。

固化剂混掺对高温下CFRP板-钢板界面黏结性能的影响

针对单一固化剂难以兼顾耐热性和韧性的不足,研究了耐热性能较好的缩胺105和韧性较好的聚醚胺D230两种固化剂混掺对纳米SiO_(2)环氧胶黏剂玻璃转变温度及高温下基本力学性能的影响。按一定固化条件制作了30个胶黏剂拉伸试件、21个碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)板-钢板双搭接试件,进行了高温及常温下的准静态拉伸试验、拉伸剪切试验,测试了相应胶黏剂的动态热机械性能,并与常用商品胶的耐热性能与力学性能进行比较,得到以下结论:随混掺固化剂中聚醚胺D230比重的增加,胶黏剂高温下的拉伸强度及弹性模量逐渐降低,断裂伸长率及应变能先增加后减小,缩胺105与聚醚胺D230两种固化剂混掺的推荐比例为1∶2。随固化温度的升高,具有固化剂混掺较佳比例的胶黏剂的玻璃转变温度有所提升,综合技术与经济因素,推荐(较佳)固化条件为90℃、2 h。推荐比例与推荐固化条件的纳米SiO_(2)环氧胶黏剂在环境温度20~70℃之间的拉伸强度及韧性均大大优于常用商品胶黏剂。基于推荐比例与推荐固化工艺的纳米SiO_(2)胶黏剂粘结的CFRP板-钢板搭接接头,在70℃服役温度下的荷载-位移曲线存在屈服段,承载能力(较采用单一缩胺105和单一聚醚胺D230固化剂的搭接试件分别提升了104.03%、64.43%)和延性(为采用单一缩胺105固化剂的搭接试件的2.5倍以上)均大幅提升。高温和常温下的黏结-滑移本构均为三线性四边形。胶黏剂在满足耐热性的同时,需尽可能提升其韧性,才能有效提升CFRP-钢搭接界面的力学性能。相比于常用商品胶黏剂,研制的推荐胶黏剂粘结的CFRP板-钢板搭接接头具有优越得多的承载能力和界面断裂能。