粗糙度对CFRP 混凝土界面剪切黏结性能的影响

针对3种强度、6种界面粗糙度的54块混凝土试件,采用单向剪切试验,研究了表面粗糙度对碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土梁界面黏结性能的影响.结果表明:6种界面中,粗糙度为0.44的混凝土试件界面黏结性能最佳,CFRP-混凝土的极限荷载和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%~51%,124%~221%;粗糙度对混凝土界面有效黏结长度影响较大,与现有模型中的有效黏结长度计算值相比,考虑粗糙度和黏结树脂后的有效黏结长度最高可提高273%;6种界面的有效黏结长度随粗糙度的提高,总体呈现减小趋势;粗糙度为0.25~0.44的混凝土界面τ-s曲线在脆性区域上的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越短;进入塑性阶段后,6种界面的CFRP-混凝土梁黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.04~0.35mm的滑移值剥离破坏.     

原竹保温材料界面黏结滑移性能试验研究

为研究原竹-保温材料界面的黏结应力与滑移分布,进行了12个试件的拉拔试验,研究了界面的破坏模式、黏结机理及影响黏结强度的因素,并给出了提高原竹-保温材料界面黏结性能的措施.结果表明:原竹-保温材料界面的黏结力由化学胶结力、机械咬合力及摩擦力3部分组成.原竹-保温材料界面的滑移过程可分为4个阶段:无滑移阶段、滑移阶段、摩擦阶段、后滑移阶段.保温材料包裹原竹的长度越长、原竹表面越粗糙、原竹直径越小,其界面黏结强度越大,其中原竹表面粗糙度的影响最大.对原竹表面进行粗糙化处理、选用直径较小的原竹、用保温材料将原竹全面包裹可提高原竹-保温材料界面的黏结性能.     

早期受冻混凝土服役期黏结性能研究

为准确评估混凝土早期受冻对其与钢筋间服役期黏结性能的影响,考虑受冻环境(起冻时刻、受冻温度、受冻时长)、混凝土强度、钢筋直径等因素,采用中心拉拔试验方法研究早期受冻混凝土试件的服役期黏结性能,给出了试件的典型破坏形态及钢筋与混凝土间黏结强度、黏结应力-滑移关系曲线。研究结果表明：早期受冻拉拔试件服役期黏结破坏形态为钢筋拔出破坏或混凝土劈裂破坏;起冻时刻造成的黏结强度损失程度从大到小依次为2h、0.5h、8h、1d、3d;受冻温度为-5℃和-9℃的试件黏结强度损失接近,受冻温度为-1℃的试件黏结强度损失较小;受冻时长越长,早期受冻造成的黏结强度损失越大,自由端出现滑移时的黏结应力越小;混凝土强度等级越高,早期受冻造成的黏结强度损失程度越小,自由端出现滑移时的黏结应力越大,不同起冻时刻的曲线越靠近;钢筋直径越小,早期受冻造成的黏结强度损失程度越大,黏结应力-滑移曲线降低越明显。     

早期受冻混凝土服役期黏结性能研究

为准确评估混凝土早期受冻对其与钢筋间服役期黏结性能的影响,考虑受冻环境(起冻时刻、受冻温度、受冻时长)、混凝土强度、钢筋直径等因素,采用中心拉拔试验方法研究早期受冻混凝土试件的服役期黏结性能,给出了试件的典型破坏形态及钢筋与混凝土间黏结强度、黏结应力-滑移关系曲线。研究结果表明:早期受冻拉拔试件服役期黏结破坏形态为钢筋拔出破坏或混凝土劈裂破坏;起冻时刻造成的黏结强度损失程度从大到小依次为2 h、0.5 h、8 h、1 d、3 d;受冻温度为-5℃和-9℃的试件黏结强度损失接近,受冻温度为-1℃的试件黏结强度损失较小;受冻时长越长,早期受冻造成的黏结强度损失越大,自由端出现滑移时的黏结应力越小;混凝土强度等级越高,早期受冻造成的黏结强度损失程度越小,自由端出现滑移时的黏结应力越大,不同起冻时刻的曲线越靠近;钢筋直径越小,早期受冻造成的黏结强度损失程度越大,黏结应力-滑移曲线降低越明显。     

ECC-混凝土黏结界面断裂试验研究

采用双材料楔入劈拉试件,研究了超高韧性水泥基复合材料(ECC)与混凝土黏结界面的断裂性能,讨论了最粗糙面、次粗糙面和光滑面3种界面粗糙度对界面破坏模式及断裂韧度的影响;结合界面力学理论,分析了裂缝偏折破坏与界面破坏的发生及界面粗糙度对裂缝偏折的影响.结果表明:对于最粗糙和次粗糙界面试件,以骨料-ECC黏结界面破坏及小角度偏折界面破坏为主,而光滑界面试件以界面破坏为主;提高黏结界面粗糙度可以使黏结界面的强度有一定程度的提高,并且界面裂缝在加载过程中易于偏向ECC,可实现ECC的裂缝捕捉,因此,当黏结界面受力状况不明确时,应尽量提高ECC-混凝土界面粗糙度,避免发生界面破坏,从而最大地发挥ECC效用.     

CFRP 混凝土界面黏结滑移关系试验

为测得FRP 混凝土界面黏结滑移本构关系的下降段,改进了前期提出的双拉试件,设计了水平加载方案.利用MTS加载系统对9个改进试件进行加载测试,实测出18个测区的CFRP 混凝土界面黏结滑移（δ τ）关系曲线的下降段和最大滑移量,从而得到18条完整的实测δ τ关系曲线,并依此给出1个回归公式.所测得的CFRP 混凝土界面间黏结滑移曲线3大关键控制参数为峰值剪应力τf 227～519MPa,峰值剪应力对应的滑移量δf 0031～0077mm,最大相对滑移量δu 0087～0223mm.     

高延性地聚合物与既有混凝土界面的黏结性能

对65个高延性地聚合物（HDGC）与既有混凝土的黏结试件进行了斜剪试验,研究了界面黏结角度、既有混凝土强度、HDGC延伸率和界面粗糙度对其界面黏结性能的影响,并基于Mohr-Coulomb屈服准则进行塑性极限分析,建立了破坏应力与界面黏结角度、内聚力和内摩擦角的计算式.结果表明：界面黏结角度对试件的失效模式起主要控制作用,界面黏结角度越大,试件的界面黏结强度越小;当既有混凝土强度提高时,试件的界面黏结强度略有降低;当HDGC延伸率为6.77%时,试件的界面黏结强度最大;随着界面粗糙度的增大,试件的界面黏结强度逐渐提高,但提高幅度呈降低趋势;建立的计算式计算结果与试验结果吻合较好.     

盐冻环境下钢筋混凝土黏结性能的梁式试验

采用240 mm×150 mm×1 200 mm梁式黏结试件,通过0,50,75,100次快速冻融循环试验研究了盐冻循环作用对钢筋混凝土黏结强度,黏结刚度,初始滑移值,极限滑移值,破坏形态等指标的影响规律,并采用最小二乘法拟合得到盐冻作用后的黏结滑移本构方程.结果表明:随着冻融次数的增加,钢筋混凝土初始滑移和极限黏结强度均逐渐降低,且前者降幅更为显著;冻融循环次数越多,相同黏结应力水平下滑移量越大,黏结刚度越低,滑移量增长也越快;箍筋能有效地抑制和延缓盐冻融作用环境下纵筋与混凝土黏结性能的劣化程度.     

早期受冻对钢筋与混凝土黏结性能的影响

通过中心拔出试验,研究了早期受冻对钢筋与混凝土黏结性能的影响以及混凝土强度等级、施工期温度和养护条件对黏结滑移性能的影响,得出了不同养护条件下的荷载滑移曲线。结果表明:养护条件对黏结试件的破坏形式有较大影响;试件早期受冻后,钢筋与混凝土黏结强度下降,且混凝土强度等级越低,下降幅度越大.     

CFRP-混凝土界面黏结疲劳性能试验研究

采用双面剪切试验,通过对5组双剪试件分别施加不同应力水平的疲劳荷载,对比分析各组试件的破坏特征、剪应变分布、端部滑移演化规律以及200万次疲劳后的剩余黏结承载能力,讨论了不同应力水平对CFRP-混凝土界面黏结疲劳性能的影响.试验结果表明:疲劳荷载作用下CFRP-混凝土试件均会在黏结界面下较浅的混凝土表层发生剥离,剥离长度随应力水平的提高而增长,并且两者近似呈线性关系;随着疲劳次数的增加,CFRP上的应力-应变从加载端逐渐向自由端传递,界面的端部滑移量呈增长趋势;应力水平越高对剪应变沿黏结长度的分布规律及端部滑移情况的影响越明显;疲劳荷载作用后,剩余的黏结长度大于有效黏结长度时,界面极限承载力无明显变化,反之,应力水平越高,剩余界面黏结承载力的下降幅度越大.     

氯盐环境下CFRP加固混凝土结构的黏结性能研究

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber-Reinforced Polymer)与混凝土界面的黏结性能是影响CFRP加固效果的重要因素.采用双面剪切试验,探究氯盐侵蚀时间对CFRP-混凝土黏结性能的影响规律.结果表明:随着氯盐侵蚀时间的增加,界面黏结强度先增加后逐渐降低,破坏界面逐渐由混凝土表层向胶层发展;端部滑移总量也随着侵蚀时间的增加而降低;CFRP应变及CFRP-混凝土局部平均黏结剪应力的分布曲线能较好地反应界面黏结破坏的过程.     

盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面的黏结性能,对27个内嵌FRP筋加固混凝土试件进行盐腐蚀后的单端拉拔试验,分析试件的受力过程和破坏模式,研究内嵌FRP筋黏结长度、腐蚀时间和FRP筋类型对界面黏结性能的影响。结果表明：盐腐蚀的试件破坏模式分为结构胶劈裂、FRP筋拉断和结构胶劈裂且FRP筋弯折等3种,且以结构胶劈裂破坏为主。盐腐蚀环境下内嵌FRP筋混凝土试件的黏结应力与黏结长度、破坏模式与腐蚀时间有关。盐腐蚀环境会影响混凝土、黏结材料及FRP筋的力学性能,加剧黏结界面失效破坏。腐蚀时间为30 d和90 d的内嵌BFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力高于内嵌GFRP筋加固混凝土试件的,腐蚀时间为60 d的内嵌GFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力优于内嵌BFRP筋试件的。根据试验数据拟合了盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结-滑移本构关系,其拟合优度达到0.988 0。     

SHCC修复试件黏结滑移性能研究

通过中心拉拔试验,研究了修复层材料(普通混凝土及应变硬化水泥基复合材料(SHCC))、SHCC修复层横向钢筋配筋率和冻融等因素对钢筋与混凝土黏结滑移性能的影响.结果表明:在相同的浇筑条件下,相对于普通混凝土修复的试件,SHCC修复试件的极限黏结强度约降低5.7%,峰值滑移约提高34%,试件发生拔出型破坏;随着SHCC修复层中横向钢筋配筋率增加,试件的极限黏结强度提高,界面裂缝宽度大幅度降低,破坏时修复层表面呈现多缝开裂特征,裂缝宽度为0.03~0.08mm.SHCC基体良好的抗冻能力,以及SHCC修复层与既有混凝土之间良好的界面黏结性能,能够减小冻融对钢筋与混凝土黏结性能的影响.     

型钢-再生混凝土界面黏结强度及其影响因素分析

为研究各种再生粗骨料取代率下型钢-再生混凝土界面黏结性能,设计11个不同取代率型钢再生混凝土试件进行推出试验。通过试验,观察试件的破坏过程和裂缝发展形态,获取荷载-滑移全过程曲线以及各特征点参数;基于试验数据,分别从黏结强度、滑移特性、界面耗能、黏结抗剪刚度、损伤等角度分析取代率对型钢-再生混凝土界面黏结性能的影响。最后,对11个试件的黏结-滑移(τ-s)曲线进行拟合,得到了型钢再生混凝土界面黏结滑移本构方程,其计算值与试验实测值吻合较好。     

重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土黏结应力-滑移关系研究

以自密实混凝土强度、新拌混凝土工作性能和粉煤灰掺量为变量,制作了3个系列共36个钢筋与自密实混凝土黏结试件和1个系列共4个钢筋与普通混凝土黏结试件,进行了重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土的黏结应力-滑移关系研究。采用电液伺服加载装置进行重复加载及黏结拉拔试验,探讨了重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土的黏结应力-滑移关系的特点,重点分析了各因素对各阶段黏结刚度及各特征点如残留滑移、劈裂点、残余点等的影响。试验结果表明:重复荷载作用后试件拉拔试验的破坏形态分为拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏,对于拔出破坏的试件其黏结应力-滑移曲线包含滑移段、劈裂段、下降段、残余段等,而对于其余试件则只包含滑移段和劈裂段;自密实混凝土强度对各阶段黏结刚度和特征点的黏结应力、滑移的影响较大,与单调拔出结果相比,自密实混凝土强度越高,滑移段的刚度比越大、下降段的刚度比越小;粉煤灰掺量和扩展度大于600 mm时对各阶段黏结刚度和各特征点参数的影响相对较小。在此基础上,根据各因素的影响程度并考虑公式运用的方便性,回归得到重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土黏结-滑移本构关系式。     

铝合金板混凝土界面的粘结滑移性能及其本构关系

铝合金板具有轻质高强、耐腐蚀性和延展性好等优点,是复杂恶劣环境中加固混凝土结构的理想材料。基于双剪试验进行铝合金混凝土界面粘结滑移性能研究,完成了45个构件的双面纯剪试验,得到了其破坏形态、荷载应变关系曲线、粘结界面剪应力分布曲线、荷载滑移关系曲线以及界面极限承载力,分析了不同的混凝土强度等级、铝合金板表面粗糙度、铝合金板粘结长度和粘结宽度条件下界面粘结滑移性能的演化规律。研究表明:加载过程中,界面应力从加载端向自由端逐步传递,且随着混凝土强度等级、铝合金板的粘结长度和宽度的增加,试件的剥离承载力也有所提高。但铝合金的粘结长度存在一个有效粘结长度值,超过该值试件的剥离承载力将不再增加,同时,铝合金表面粗糙度对试件剥离承载力的提高没有实质影响。通过测量铝合金板的应变得到了不同参数条件下铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线,结果表明:铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线存在明显的界面软化特征和非线性行为。     

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。     

螺纹GFRP筋与混凝土黏结性能试验与理论计算

为研究螺纹玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与混凝土界面的黏结性能,选用不同直径的GFRP筋材制备3组拉拔试件,标准养护28 d后开展中心拉拔试验.试验结果表明:GFRP筋与混凝土的黏结强度随其直径的增大而增大,拉拔试件的破坏模式和黏结应力-滑移曲线也随之变化;当GFRP筋直径较小(8、12 mm)时,拉拔试件主要发生筋材拔出破坏,但2种直径下的黏结应力-滑移曲线在弹性上升段后存在较大差异,直径8 mm筋材的拉拔试件呈来回波动趋势,且渐趋平缓,而直径12 mm筋材拉拔试件表现为下降后又上升的双曲线模式;当GFRP筋直径较大(16 mm)时,拉拔试件发生劈裂破坏,其黏结应力上升到最高点后迅速下降.最后,基于弹性力学厚壁圆筒理论模型,对不同直径螺纹GFRP筋的黏结破坏面夹角θ进行探讨并提出了黏结强度计算公式,通过与相关试验结果的对比分析,验证了该计算公式对发生筋材拔出破坏的情况具有非常好的预测精度.     

FRP网格-ECC复合层加固混凝土界面定量化处理及黏结性能试验研究

针对传统纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)网格-工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites, ECC)复合层加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)结构存在界面处理质量无法保证的问题,提出通过对混凝土表面钻孔定量化描述界面粗糙度的改良FRP网格-ECC复合层加固方法,并建立了粗糙度评价指标,即界面处理率。为研究不同界面处理率下复合层与混凝土之间的界面黏结性能,开展复合层抗拉试验研究其材料性能,并对4组12个双剪试件进行试验,考察不同界面处理率对复合层与混凝土黏结剪切性能的影响。研究结果表明：复合层的拉伸应力-应变曲线呈双线性,抗拉强度为10.62 MPa,极限拉应变为0.0138;未界面处理的试件发生了界面剥离破坏,经界面处理后试件随着界面处理率的增大,破坏模式逐渐从临界断裂破坏向复合层断裂破坏过渡,即定量化界面处理的改良加固法可抑制界面的剥离,且可在一定程度上控制界面破坏形态;基于现有FRP片材-混凝土的黏结滑移模型,并考虑FRP网格-ECC复合层整体受力行为和界面处理率...     

BFRP筋与地聚物混凝土黏结性能试验研究

通过对51个玄武岩纤维复合材料（BFRP）筋-地聚物混凝土界面黏结试件进行中心拉拔试验,分析了BFRP筋与地聚物混凝土的界面黏结破坏机理,研究了BFRP筋表面形式（浅螺纹、喷砂和深螺纹）、直径d（12、16 mm和20 mm）、黏结长度（2.5d、5d和7.5d）、地聚物混凝土强度等级（C30、C40和C50）及混凝土保护层厚度（20、45 mm和69 mm）等因素对BFRP筋-地聚物混凝土界面性能的影响,并与9个BFRP筋-普通混凝土界面黏结试件中心拉拔试验结果进行比较。试验结果表明：BFRP筋-地聚物混凝土界面黏结强度与BFRP筋-普通混凝土界面黏结强度基本相同;BFRP筋表面形式对其黏结性能影响较大,直径为12 mm时,浅螺纹、喷砂和深螺纹BFRP筋与地聚物混凝土的黏结强度分别为15.33、20.49 MPa和22.66 MPa;随着FRP筋直径和黏结长度的增加,BFRP筋与地聚物混凝土黏结强度降低,而随着混凝土强度和和保护层厚度的增加,黏结强度提高。通过CMR和mBPE模型对试验所得黏结应力-滑移曲线进行拟合,发现CMR模型能够较为准确的描述BFRP筋与地聚物混凝土间的黏结应力-滑移关系。