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。

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网格增强水泥砂浆永久模板力学与协同工作性能试验研究

针对现有永久模板成本高和耐久性差的问题,采用轻质高强的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)网格增强水泥砂浆制成薄板,作为混凝土的永久模板,并开展拉伸试验,研究其力学性能。模板经过界面处理后,上部浇筑混凝土短梁,开展四点弯曲试验,研究其与混凝土的协同工作性能,研究的参数包括网格的厚度和短切纤维掺量。结果表明:BFRP网格可在薄板开裂后继续承载,较大程度地提高薄板的极限拉伸承载力,而短切纤维的掺入则能增强薄板的抗裂性能;经过打磨处理和涂刷界面剂后,永久模板与现浇混凝土界面黏结可靠,并且表现出良好的协同受力性能;永久模板的使用使构件的力学性能提升显著,破坏时挠度大幅度提升,构件可获得较好的延性。

ECC厚度对BFRP网格增强ECC复合约束RC柱偏压及抗震性能影响

BFRP网格增强ECC复合约束RC柱是以钢筋混凝土柱为核心,外包埋入BFRP网格的ECC形成复合加固层而成.运用ABAQUS软件建立了有限元模型,研究不同ECC厚度对此类组合柱偏心受压性能及抗震性能的影响规律.结果表明,ECC厚度的增大避免了BFRP网格过早达到抗拉强度而发生断裂,组合柱受压区承受偏压荷载的能力有所提升,降低了柱中破坏的危险.同时随着ECC厚度的增大,组合柱整体强度提高,塑性变形能力有所提升,构件耗能能力变强,抗震性能更好.

BFRP网格-PCM薄面黏贴加固钢筋混凝土板抗弯性能

针对老旧桥梁桥面板出现结构损伤与材料老化,结合玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)网格与聚合物砂浆(PCM)提出一种新的加固技术以提升钢筋混凝土板的抗弯性能。首先,采用双剪试验研究BFRP网格与混凝土界面的黏结荷载,共制备18个试件,试验变量包括网格种类、网格厚度、PCM种类以及界面剂;其次,浇筑6块钢筋混凝土板,通过四点弯曲试验系统地分析网格种类、网格厚度、网格布置方式以及PCM种类对加固板抗弯性能的影响。研究结果表明:界面剂能有效提高BFRP网格与混凝土之间的黏结荷载;当BFRP网格与混凝土表面的黏结长度大于有效黏结长度时,BFRP网格强度利用率达到90%以上,黏结荷载高于相同情况下玄武岩纤维布/BFRP板与混凝土的黏结荷载;BFRP网格与PCM形成的薄面加固层能显著提高钢筋混凝土板的开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载,同时减小最大裂缝宽度并改善裂缝分布;在整个加载过程中,BFRP网格-PCM薄面加固层与混凝土板协同变形,加固板最终发生混凝土压碎或FRP网格断裂破坏,并未出现剥离破坏;传统钢筋混凝土构件抗弯承载力计算方法适用于预测BFRP网格加固后板的抗弯承载力。

高压水工隧洞BFRP网格增强钢筋混凝土衬砌试验研究

为探究玄武岩纤维增强树脂复合材料网格(简称BFRP网格)对高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构裂缝控制能力及承载能力的增强作用,进行了高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构模型对比试验,试验采用真实高压水加载。通过对隧洞模型内壁环向变形监测,以及通过声发射系统对模型在加载全过程中的声发射信息监测,对比分析了BFRP网格对裂缝产生及扩展的影响。研究结果显示,与常规混凝土衬砌结构模型相比较,BFRP网格增强钢筋混凝土衬砌结构模型的极限承载力提高21%、宏观裂缝最大开度减少了68%、宏观裂缝空间分布更为分散;开裂前内壁环向拉应变增大了81%,开裂时的声发射绝对能量占加载过程中声发射总累积绝对能量的33.78%(前者为99.38%),主要破坏模式表现为韧性破坏。可见,BFRP网格可显著提高高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构的裂缝控制能力和承载能力。

BFRP网格改良藏式毛石墙体受力性能试验研究

为研究玄武岩纤维复材(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)网格改良藏式毛石墙体(简称毛石墙体)的受力性能,分别进行了4片毛石墙体的受压试验及低周水平往复加载试验.重点研究竖向及水平往复荷载作用下BFRP网格改良毛石墙体的受力行为、破坏形态、承载能力、耗能性能、刚度退化规律等.试验结果表明:竖向荷载下BFRP网格改良毛石墙体墙身裂缝发展较未改良毛石墙体缓慢,其平均极限抗压承载力是未改良毛石墙体的2.72倍,改良毛石墙体的最终破坏形态为BFRP网格受拉断裂后墙体面外失稳破坏;低周水平往复荷载作用下BFRP网格改良毛石墙体的耗能性能和抗剪承载力较未改良毛石墙体有显著提高,其平均峰值抗剪承载力提高幅度达74.3%;BFRP网格改良毛石墙体的最终破坏形态为斜向贯通裂缝处BFRP网格受拉断裂后墙体的剪切破坏.

基于ABAQUS预应力BFRP网格加固混凝土梁的力学行为研究

应用ABAQUS有限元方法,探究预应力玄武岩纤维(BFRP)网格加固钢筋混凝土梁的力学行为。通过对既有试验的数值分析,验证了混凝土本构关系的科学性和建模方法的正确性。在此基础上,建立7根混凝土梁,分别从网格厚度,有无预应力方面对混凝土梁的抗弯性能、刚度和延性方面进行了深入研究。完善了预应力BFRP网格加固混凝土梁的研究体系。研究发现:双层1 mm厚和3 mm厚网格加固的混凝土梁的极限荷载分别增加了12.52%和37.74%,延性分别提高102.56%与220.09%;预应力网格的应用,使得混凝土梁的极限荷载提高了18.64%~57.60%,并显著地增强了混凝土梁的刚度。

湿热环境下玄武岩纤维增强复合材料网格纵向拉伸性能研究

为研究沿海湿热环境下玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)网格拉伸力学性能的变化规律,开展了湿热环境下不同湿热时间的BFRP网格单肢拉伸性能试验。结果表明,在经过湿热后,BFRP网格表面部分区域树脂消失,纤维裸露;经过湿热30、90、150d后,抗拉强度分别下降了14.26%、21.05%、28.87%,拉伸的极限应变也有一定的下降,弹性模量变化则不明显。