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.

钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应对比分析:试验研究

文章旨在研究并对比钢筋及BFRP筋(玄武岩纤维增强筋)混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应的异同,对4根钢筋混凝土深受弯构件及4根BFRP筋混凝土深受弯构件(梁高为300~1200mm)进行了剪切破坏试验。对比分析了荷载-位移曲线、斜裂缝宽度、混凝土应变、纵筋应变及腹筋应变随结构尺寸变化的发展趋势。揭示了钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件抗剪强度尺寸效应规律,并分析了设计规范和计算方法的适用性。研究表明:(1)BFRP筋混凝土深受弯构件的极限荷载约为钢筋混凝土深受弯构件的0.3~0.5倍,而挠度约为钢筋混凝土深受弯构件的1.4~1.7倍;(2)梁高从300mm增至1200mm时(试验梁的水平及竖向腹筋率均为0.51%),钢筋混凝土深受弯构件的名义极限抗剪强度下降34.0%,而BFRP筋混凝土深受弯构件下降45.7%;(3)对于大尺寸构件的抗剪承载力,设计规范的计算结果安全储备不足,未能合理考虑尺寸效应;(4)提出的尺寸效应理论公式可以定量描述结构尺寸对钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件名义极限抗剪强度的影响。

BFRP筋与超高性能纤维混凝土黏结性能试验研究

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋与超高性能纤维混凝土(UHPFRC)之间的黏结性能,通过中心拉拔试验,对BFRP-UHPFRC试件破坏模式、黏结-滑移曲线进行分析,且探讨了筋材直径、单一纤维及钢-PVA混杂纤维对黏结强度的影响。结果表明,试件破坏模式包括BFRP筋拔出破坏与拉断破坏。BFRP筋直径的增大将导致黏结强度降低。随着单一纤维掺量增加,黏结强度呈先增大后减小的趋势。而相较于单一纤维,钢-PVA混杂纤维显著提高了试件的黏结强度,当掺入1%钢纤维和0.5%PVA纤维时,黏结强度最高(25.35 MPa)。此外,通过灰狼算法优化的支持向量回归模型实现对黏结强度的预测,预测值与实际值拟合较好。

BFRP筋与再生骨料混凝土粘结性能试验研究

为探究玄武岩纤维筋(BFRP筋)与再生骨料混凝土的粘结性能,对其进行中心拔出试验。基于试验结果,探究了其破坏形态以及粘结机理,研究再生混凝土强度等级、筋材直径和再生骨料替代率对BFRP筋和再生骨料混凝土粘结性能影响。结果表明,BFRP筋与再生骨料混凝土粘结有拔出破坏和劈裂破坏两种破坏形态;BFRP筋与再生骨料混凝土粘结滑移曲线可分为微滑移段、滑移段、下降段和残余应力段;提高再生混凝土的强度等级可以延缓混凝土内部裂缝的产生与演化,进一步提高BFRP筋表面肋与混凝土之间的机械咬合作用,增大BFRP筋与再生混凝土的粘结强度;因剪力滞后效应,BFRP筋与再生骨料混凝土的粘结强度随着BFRP筋直径的增加而降低;再生骨料替代率的增加会对BFRP筋和再生骨料混凝土的粘结应力产生不利影响。

BFRP复材的体育器械连接部用胶技术与粘接性能分析

为扩大BFRP在体育器械生产加工领域的应用范围,实现BFRP与传统铝合金材料之间的有效连接,研究提出了一项基于胶粘剂的基板材料连接方案。采用Araldite 2015高韧性胶粘剂和回天7130高模量脆性胶粘剂对BFRP和5052-H32铝合金2种基板材料进行胶粘连接处理,通过准静态加载试验的方式来测试该方案的应用效果。结果表明,具有高模量脆性的回天7130胶粘剂能够显著提升基板试件接头的力学性能,充分发挥5052-H32铝合金基板的初始刚度优势以及BFRP基板的峰值荷载优势,有助于BFRP基板在结构更加复杂的体育器械中广泛应用,推动体育器械朝向小型化、轻量化的方向发展。

海洋环境下BFRP筋增强珊瑚混凝土柱抗侵蚀性能

为探究海洋环境下玄武岩纤维(Basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋的劣化机理、评估BFRP筋增强珊瑚混凝土柱抗侵蚀性的退化程度,对海水环境下BFRP筋、珊瑚混凝土进行受压性能试验。基于材性试验,对12根BFRP筋增强珊瑚混凝土柱进行轴心受压试验,并采用扫描电子显微镜(SEM)对试件破坏后其内部BFRP筋材进行微观试验,检测分析玄武岩纤维、纤维-树脂界面处的化学成分。结果表明:干湿循环条件对BFRP筋的极限承载力影响强于浸泡环境;珊瑚混凝土轴压柱破坏后,其内部筋材均发生了一定程度的腐蚀劣化,构件的承载性能很大程度取决于内部钢筋的锈蚀程度。最后,基于试验结果,分析不同海水腐蚀类别、不同腐蚀周期对构件内部BFRP筋、珊瑚混凝土微观成分的变化规律,探讨不同因素对构件耐久性能的影响机理。

BFRP模壳不排水加固RC墩柱恢复力模型

为研究玄武岩纤维增强聚合物(basalt fiber reinforced polymer, BFRP)模壳不排水加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)墩柱抗震恢复力模型,在拟静力试验基础上,采用OpenSees有限元软件对模壳加固墩柱进行数值分析,主要研究参数为填充层混凝土强度、模壳厚度、加固高度、轴压比。研究表明:填充层混凝土强度等级越高,墩柱抗震性能有所增强,但C40以上的填充层混凝土强度等级墩柱的抗震性能较为接近;模壳加固厚度较大墩柱的抗震性能优于厚度较小墩柱;当模壳加固高度较高时,墩柱的抗震性能较好,当加固高度大于2~3倍原墩柱塑性铰高度时,抗震性能提升效果趋于稳定;轴压比越大,墩柱的刚度退化较快,不利延性发展。后通过数据回归分析,建立了BFRP模壳加固RC墩柱恢复力模型,对比可知,恢复力模型与试验曲线拟合较好,能有效反映加固墩柱的滞回性能,可为此类结构的抗震性能分析提供参考。

BFRP网格对大体积混凝土早期温度裂缝控制研究

黄茅海跨海通道索塔在早期养护中表面开裂现象严重,索塔是一种典型的大体积混凝土,其早期出现的开裂现象大部分是由较高的温度应力导致的,即温度裂缝。因此,为了对早期温度裂缝进行控制,同时考虑到海洋环境的腐蚀情况,工程采用BFRP网格对索塔表面进行裂缝控制,控裂效果显著,开裂现象被有效缓解。BFRP网格虽然成功应用于大体积混凝土的温度裂缝控制,但是,目前BFRP网格控裂机理尚不清晰。基于此,采用ABAQUS有限元软件模拟BFRP网格对大体积混凝土中的温度裂缝控制过程,其中裂缝是通过扩展有限元(XFEM)实现。模拟结果表明:BFRP网格可以有效控制大体积混凝土温度裂缝面积、体积以及开裂单元数量。随着BFRP网格网孔的减小,温度裂缝面积、体积以及开裂单元数量进一步下降,网孔为5 cm的BFRP网格将裂缝控制为仅有1条。BFRP网格可以有效控制裂缝主要是由于BFRP网格是一种双向受力结构并且具有强节点,在与混凝土黏结之后,发挥了协调混凝土应力发展的作用,有效地均匀化混凝土的应力分布,进而均匀化裂缝发展,最终达到减少裂缝的效果。

基于海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下BFRP筋拉伸性能的退化

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在海水海砂混凝土环境中的长期力学性能,本工作研究了BFRP筋拉伸性能在海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下的演化规律。通过孔溶液压取和离子浓度分析,分别配制了普通海水净浆孔溶液(NA)和低碱度海水净浆孔溶液(LA)的浸泡溶液,同时在加速老化试验中与ACI 440.3R规范建议浸泡溶液(ACI)的测试结果进行了对比。试验所用筋材基体包括环氧树脂基(B/E筋)和乙烯基酯树脂基(B/V筋)两种。在不同温度和浸泡时间加速老化后,通过拉伸试验评估了BFRP筋的拉伸性能变化规律,并采用微观结构表征分析了劣化机理。试验结果表明,相较于降低氯离子浓度,采用降低孔溶液碱度的方法可以更有效地缓解BFRP筋长期力学性能的劣化,同时温度升高对B/V筋力学性能退化的影响比对B/E筋的影响更显著。BFRP筋在腐蚀过程中抗拉强度的劣化程度高于弹性模量,其中B/E筋在三种环境中腐蚀前后的弹性模量差别不大。乙烯基树脂的抗腐蚀能力优于环氧树脂,但其与玄武岩纤维界面性能较弱,导致B/V筋在模拟海水海砂混凝土孔溶液中的耐久性弱于B/E筋。

BFRP网格增强ECC复合加固混凝土圆柱轴压性能研究

为研究玄武岩纤维网格增强工程水泥基复合材料(BFRP-ECC)加固混凝土圆柱的轴压力学性能,对BFRP(basalt fiber reinforced polymer)网格增强ECC(engineered cementitious composites)和BFRP网格增强水泥砂浆(BFRP-mortar)复合加固混凝土柱进行了轴压对比试验,分析了BFRP-ECC加固混凝土柱的破坏模式、承载力和变形能力等。采用ABAQUS有限元软件建立BFRP网格-基质复合加固混凝土柱数值模型,并通过对比模拟结果与试验结果验证了有限元建模的准确性;同时,考虑了核心混凝土柱初始损伤的影响,建立了复合材料加固损伤混凝土柱有限元分析模型,研究了BFRP-ECC加固损伤混凝土圆柱各部件的受力特点和破坏模式等。结果表明:采用BFRP网格增强水泥基质加固混凝土柱可以显著提高其承载力和变形能力,其中:ECC作为基质时效果更优;BFRP-ECC加固混凝土柱破坏具有延性特征,核心区塑性变形分布均匀;核心柱初始损伤对BFRP-ECC复合加固混凝土柱破坏模式的影响较小,且ECC以及BFRP网格仍表现出良好的协调变形能力。

BFRP条带-PVC管材复合加固纤维再生混凝土短柱轴压性能

为了研究BFRP条带-PVC管材复合加固纤维再生混凝土短柱的轴心抗压性能,对13组再生混凝土短柱进行了轴压试验和理论分析。主要研究变量为BFRP条带层数(0层、1层、3层)、BFRP间距(25 mm、37.5 mm和50 mm)和加固方式(无侧向约束、BFRP条带加固和BFRP条带-PVC管材复合加固)。研究结果表明:BFRP条带-PVC管复合加固不仅可以提高试件的极限承载力,还可以改善纤维再生混凝土短柱的破坏形态。在应力-应变曲线的非线性强化阶段,加固方式对试件刚度的影响更为显著。随着BFRP包裹量的增加,试件的峰值应力和极限应变均明显增加。依据试验数据建立的软化段的应力-应变计算模型具有较好的适用性。

BFRP锚杆在岩土锚固中的研究现状与展望

随着新型纤维增强聚合物材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)的飞速兴起,轻质高强且具有优异耐腐蚀性能的玄武岩增强聚合物(Basalt Fiber Reinforced Polymer, BFRP)锚杆逐渐被应用于岩土工程以及锚杆加固的工程实践当中。基于BFRP锚杆的研究成果,阐述了BFRP锚杆的工作原理、锚固性能,总结了BFRP锚杆的力学性能试验和数值模拟研究进展,说明了在工程应用中使用BFRP锚杆取代传统钢筋锚杆的可行性与先进性,并对BFRP锚杆研究领域存在的不足进行了分析,为BFRP锚杆在岩土锚固领域的未来研究方向提出了合理化建议。

海水环境下BFRP筋-海水海砂混凝土粘结耐久性

对BFRP筋-海水海砂混凝土界面粘结耐久性开展长期浸泡侵蚀试验,分析真实海水浸泡后界面粘结性能的长期退化规律,浸泡时间分别是30 d、90 d、180 d、270 d、360 d、450 d、540 d和630 d.基于拉拔试验数据,对真实海洋环境下BFRP筋-海水海砂混凝土的长期极限粘结强度保留率进行模拟预测.结果表明:在真实海水浸泡630 d后,BFRP筋-海水海砂混凝土的极限粘结强度降低了66.13%,且0~270 d退化速率明显高于270 d以后的退化速率.采用Bank模型并引入湿度修正系数,预测50 a后在海洋环境、室外环境及室内环境条件下极限粘结强度保留率分别为31.42%、57.15%和74.85%,为BFRP筋-海水海砂混凝土构件在沿海地区建筑中的应用提供参考.

BFRP加固对冻融损伤混凝土短柱承载能力的影响

为减少冻融循环对混凝土力学性能的影响,经济高效地延长严寒地区冻融损坏混凝土结构的使用寿命,通过三种BFRP布包裹层数(0,2,3层)约束经历四种冻融循环次数(0,25,50,75次)素混凝土短柱试验,系统研究BFRP布加固层数对不同冻融损伤混凝土柱承载能力影响。结果表明:在经历冻融循环后,混凝土柱极限承载力大幅降低,极限位移略有提高;3层加固使0,25,50,75次冻融循环混凝土柱的极限承载力提升20%、16%、22%、37%,还使极限位移大幅增加;由试验现象和数据分析发现,应于端部施加额外加固,以获取更好的加固效果;采用ABAQUS并选取合适材料本构模型,参照试验建立12种有限元模型,模拟结果同试验结果吻合较好;考虑FRP约束棱柱体有效约束面积划分后,代入BFRP约束混凝土柱极限应力公式和冻融损坏混凝土单轴受压应力本构关系,建立了适用BFRP约束冻融损伤混凝土短柱极限承载力公式。

多因素耦合作用跨海斜拉桥BFRP拉索力学性能及损伤机理研究

为了研究多因素耦合作用下跨海斜拉桥玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)拉索的长期服役性能,通过调研我国跨海斜拉桥所处典型地区的海洋气候环境,分析了跨海斜拉桥BFRP拉索长期服役性能的关键影响因素.基于IEC(international electrotechnical commission)多因子耐久试验方法,并结合我国跨海斜拉桥的实际服役环境,提出了一种跨海斜拉桥BFRP拉索的预应力-紫外线-湿热-降水-盐雾多因素耦合耐久性试验方法.基于多因素耦合耐久性试验方法,开展了跨海斜拉桥BFRP拉索的多因素耦合耐久性试验及基本力学性能测试,分析了多因素耦合作用下BFRP拉索的力学性能退化规律,并通过微观结构分析阐述了多因素耦合作用下BFRP拉索的损伤失效机理.实验结果表明:多因素耦合作用能够显著加速BFRP拉索力学性能的退化,且早期性能下降明显,温度对其性能退化的加速作用较大,BFRP拉索弹性模量下降幅度较小且无明显规律.多因素耦合作用主要通过损伤纤维/树脂界面影响BFRP拉索力学性能的退化.

地震作用下BFRP筋珊瑚混凝土柱刚度及延性分析

设计了6个BFRP筋全珊瑚混凝土柱,对试件的破化形态、刚度退化和延性进行了分析;探讨了配筋率、轴压比和体积配箍率3个因素对其的影响,并与普通钢筋增强珊瑚混凝土柱进行了对比试验。在低周反复荷载作用下,试件的破坏形态以弯曲破坏为主;提高配筋、箍筋间距和轴压比可以增强BFRP筋柱的初始刚度,但过大的箍筋间距和轴压比可能会对刚度退化产生不利影响;采用传统评价延性的方法评价BFRP筋的抗震性能存在一定局限性,综合指标能更全面地反映BFRP筋柱的承载力和变形性能;钢筋柱的刚度和综合指标均优于BFRP筋柱。

BFRP筋珊瑚混凝土梁抗弯试验与数值模拟

通过试验研究不同配筋率的BFRP筋珊瑚(普通)混凝土梁的抗弯性能,分析了试件的破坏形态、承载力、挠度和BFRP筋应变并利用ANSYS软件建立了精细化有限元模型进行数值模拟。结果表明,试件的破坏形态包括弯曲破坏和剪切破坏,相同配筋率的两种混凝土梁开裂、极限荷载相近;增大配筋率,BFRP筋珊瑚混凝土梁的极限荷载增大,跨中挠度减小;所有试件的开裂荷载为15~20kN,大约是极限荷载的10%;数值模拟结果与试验结果吻合较好。

考虑骨料粒径影响的BFRP筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应

粗骨料是混凝土材料的组成之一,其粒径变化会影响混凝土梁中骨料咬合作用对抗剪承载力的贡献。为了系统地考虑最大粗骨料粒径对玄武岩纤维增强聚合物(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)筋无腹筋混凝土梁剪切破坏的影响,采用细观尺度数值模拟方法,建立BFRP筋无腹筋混凝土梁数值模型,模拟分析构件尺寸和粗骨料粒径对BFRP筋混凝土梁剪切破坏模式和抗剪强度的影响规律。结果表明:BFRP筋无腹筋混凝土梁的抗剪强度存在尺寸效应,同时,随着最大粗骨料粒径的增大,BFRP筋混凝土梁的抗剪承载力提高,梁的剪切尺寸效应被削弱。根据最大粗骨料粒径的影响机制与规律,结合断裂力学尺寸效应律,建立了BFRP筋混凝土梁抗剪强度尺寸效应理论公式,并与模拟结果和试验数据进行对比,验证了公式的准确性和合理性。

高温后BFRP筋与纤维混凝土黏结性能

为了提高高温后玄武岩纤维复合材料(BFRP)筋与混凝土的黏结性能,分别在混凝土中单独掺入玄武岩纤维及混合掺入玄武岩纤维与纤维素纤维,通过BFRP筋与混凝土中心拔出试验对BFRP筋与纤维混凝土黏结性能开展系统研究。试验参数包括温度、基体混凝土类型、BFRP筋表面形式、黏结长度与BFRP筋直径,试验获得了BFRP筋与混凝土试件的破坏形态、黏结滑移曲线、黏结强度。研究结果表明:随着温度的升高,BFRP筋与普通混凝土、单掺玄武岩纤维混凝土及混掺玄武岩和纤维素纤维混凝土的黏结强度均逐渐降低,在70~350℃之间,它们相应的黏结强度降低率分别为17.1%~48.6%,14.5%~46.8%和11.4%~48.3%。与普通混凝土相比,单独掺入0.20%体积掺量玄武岩纤维使得深肋筋、喷砂筋、浅肋筋与混凝土的黏结强度分别提升8.4%~18.8%,56.3%~99.6%和27.5%~51.8%。混掺0.15%玄武岩纤维和0.10%纤维素纤维使得深肋筋与混凝土的黏结强度提升了17.6%~35.1%。不同BFRP筋表面形式对BFRP筋与纤维混凝土黏结强度影响显著,其中深肋筋与纤维混凝土黏结强度最高。随着黏结长度和直径的增加,BFRP深肋筋与纤维混凝土黏结强度均逐渐降低。最后,考虑上述各因素,引入BFRP筋外形系数、纤维增强系数、黏结强度折减系数,提出了高温后BFRP筋与纤维混凝土黏结强度计算公式。研究成果可为FRP筋纤维混凝土结构抗火设计和火灾之后结构的安全评估提供数据和理论支持。

高温作用后GFRP/BFRP筋拉伸性能试验研究及强度折减计算

为探讨高温作用后2类纤维增强复合材料(FRP筋材)的拉伸性能退化情况,本文对高温作用后的玻璃/玄武岩纤维增强复合材料(GFRP/BFRP)筋材进行了拉伸试验,并将宏观与微观结合进行分析。试验结果表明:高温超过220℃后,筋材表面部分纤维开始脱落,整体性逐渐遭到破坏,已不再适合进行拉伸试验;经220℃以内温度作用后,2类FRP筋材抗拉强度均随作用温度升高呈阶段性下降的趋势;而弹性模量总体变化幅度很小;高温作用后,直径16 mm的GFRP筋抗拉强度下降速率比12 mm的2种FRP筋更快;结合试验结果与扫描电镜微观结构分析,可认为高温作用后2类FRP筋抗拉强度退化的主要原因是树脂和纤维界面黏结性能的退化。结合本文和已有相关试验结果,提出了20~220℃温度范围内G/BFRP筋抗拉强度的折减计算模型,并给出了关键温度节点对应的强度保留率ηt建议值。