FRP筋混凝土界面粘结疲劳性能及损伤机理研究进展

国内外学者针对 ＦＲＰ筋混凝土界面静力粘结性能研究主要是基于拉拔试件和梁式试件为主的试验研究,试验参数涉及 ＦＲＰ筋的种类、表面形式、直径、锚固长度以及粘结介质的种类和强度等,在试验的基础上建立了相应的粘结滑移本构模型和临界锚固长度计算式。对 ＦＲＰ筋混凝土梁的疲劳性能研究主要集中在梁疲劳后整体的强度和刚度的变化,而针对 ＦＲＰ筋混凝土界面的局部疲劳粘结性能研究较少,且主要基于等幅疲劳荷载试验,研究成果中也未见疲劳试验参数对粘结本构关系和临界锚固长度的影响。国内学者在疲劳线性损伤累积理论的基础上对 ＦＲＰ筋混凝土结构界面在等幅疲劳荷载、多级等幅疲劳荷载以及随机疲劳荷载等作用下疲劳损伤的剩余强度模型和剩余刚度模型进行了实践和推广应用。ＦＲＰ筋混凝土界面静力粘结性能研究成果为 ＦＲＰ筋混凝土结构在土木工程中的进一步应用提供了参考,并为后续的疲劳粘结性能研究打下了坚实的基础。但是 ＦＲＰ筋混凝土界面的随机疲劳粘结性能及寿命预测值得进一步探索。     

FRP筋混凝土梁粘结滑移力学性能数值分析

为了研究FRP筋与混凝土之间的粘结性能以及FRP筋与FRP筋混凝土构件的力学性能,采用ABAQUS建立FRP筋混凝土梁有限元数值模型,模型中混凝土采用塑性损伤模型,FRP筋采用线性单元.FRP筋单元和混凝土单元采用非线性弹簧单元连接,通过选取粘结滑移本构、锚固长度计算公式和调整添加弹簧的数量以及位置来考虑粘结滑移对FRP筋混凝土梁受力性能的影响.数值模拟结果与文献试验结果具有较好的一致性,验证了该有限元模型的正确性,所得结果对FRP筋混凝土结构试验具有一定的指导作用.     

无粘结预应力活性粉末混凝土梁疲劳全过程应力计算方法研究

通过对无粘结预应力活性粉末混凝土梁进行等幅疲劳试验研究,得到了RPC应变﹑受拉钢筋应变和无粘结筋应力增量随疲劳循环次数变化的变化值.结合试验结果,提出了适用于活性粉末混凝土的疲劳残余应变演化方程及疲劳变形模量退化方程.基于损伤变量的定义形式及应变等效原理,推导了钢筋弹性模量退化模型及剩余疲劳强度模型;受拉钢筋及无粘结筋弹性模量退化模型及剩余疲劳强度模型的不同通过两者的S-N曲线和屈服强度的不同来体现.基于上述模型采用分段线性原理来代替疲劳非线性过程,并利用材料弹性模量的退化来反应材料的疲劳损伤,提出了无粘结预应力RPC梁疲劳全过程正截面疲劳应力计算方法.将计算结果与试验值进行对比,两者吻合较好具有一定精度.     

高温后反复荷载下钢筋与混凝土粘结性能试验研究

为了研究高温后反复荷载作用下钢筋与混凝土之间的粘结退化性能,对15个遭受高温作用后的混凝土粘结试件进行了反复荷载作用下的加载试验。结果表明:由于纵向受力钢筋受箍筋约束,高温后的试件均发生主筋拔出破坏;高温后钢筋与混凝土的粘结强度随着温度升高而逐渐降低,过火温度为700℃的试块,其粘结强度比常温降低了65%左右;反复荷载作用下,反向加载时钢筋与混凝土的粘结强度比正向加载时降低了约15%。最后,通过试验数据的回归分析,给出了温度对高温后钢筋与混凝土粘结强度影响的回归公式,并考虑高温作用,给出了反复荷载作用下钢筋与混凝土粘结强度的衰减系数。     

钢筋与砼间粘结锚固性能及粘结作用机理

钢筋与砼间的粘结锚固性能依据钢筋外形大致可分为三种光圆钢筋、变形钢筋、扭转型钢筋的粘结锚固,并分别总结了它们与砼问的粘结锚固性能及机理,以及光圆锕筋及变形钢筋在重复荷载及反复荷载作用下的粘结退化及其机理,最后也对粘结锚固设计进行了总结.     

纤维增强塑料筋与珊瑚混凝土粘结滑移本构模型

鉴于ＦＲＰ筋与钢筋之间、珊瑚混凝土与普通混凝土之间的物理力学特性差别,现有的钢筋－混凝土粘结滑移理论无法准确描述ＦＲＰ筋－珊瑚混凝土间的粘结滑移行为。在已有研究成果和试验的基础上,建立了适用于ＦＲＰ筋与珊瑚混凝土粘结滑移本构模型,并求解基于该模型上升段的粘结－滑移微分方程解答,利用该模型推导出ＦＲＰ筋在珊瑚混凝土构件中的最小锚固长度的理论公式,并引入珊瑚混凝土修正系数。结果表明：该模型测算结果与试验数据吻合良好,研究成果为ＦＲＰ筋与珊瑚混凝土的粘结理论研究提供了有益的参考。     

循环荷载下钢筋混凝土ABAQUS粘结滑移单元

为了考虑钢筋混凝土结构数值分析中粘结性能对模拟结果的影响,提出了一个四节点的粘结滑移单元,单元嵌入在钢筋和2D或3D混凝土单元之间,单元宽度为0,长度同钢筋单元.沿钢筋方向的粘结应力与滑移关系为单元的本构方程,垂直于钢筋方向的位移由罚函数约束.开发了基于ABAQUS软件的应用程序,程序适用于循环加载的钢筋混凝土结构并考虑了粘结强度随荷载循环次数增大而退化的情况.开发的单元成功用于分析已有的拉拔试验并且数值分析的结果与实验数据吻合良好.     

无粘结预应力CFRP筋混凝土梁抗弯试验

为了研究无粘结预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）筋锚具的锚固性能和无粘结预应力CFRP筋混凝土梁的受力性能,进行了4根无粘结预应力CFRP筋混凝土梁和2根对比混凝土粱的抗弯试验。结果表明：研发的预应力CFRP筋锚具具有很好的可靠性,无粘结预应力CFRP筋混凝土梁具有较好的受力性能和延性,非预应力钢筋是影响预应力CFRP筋混凝土梁延性和极限荷载最重要的因素;推导的简化公式可以准确地计算无粘结预应力CFRP筋混凝土梁的极限荷载。     

CFRP筋转换梁框支剪力墙抗震性能试验的数值模拟仿真方法

对3榀CFRP筋转换梁框支剪力墙进行了低周往复荷载试验,并与1榀全钢筋转换梁框支剪力墙对比,分析了其破坏模式、受力特征和滞回特征等抗震性能。通过OpenSees分析平台,选取基于刚度法理论的非线性梁柱单元,并结合零长度转动弹簧单元,建立了合理考虑纵筋粘结滑移的CFRP筋转换梁框支剪力墙数值分析模型。结果表明：考虑了纵筋粘结滑移的数值模型能较好地模拟CFRP筋转换梁框支剪力墙在低周往复荷载作用下滞回曲线的捏缩特性,对试件屈服荷载和极限承载力也有较好的模拟精度。     

纤维聚合物筋混凝土粘结性能的基本问题

纤维聚合物筋与钢筋性能的差异 ,使纤维聚合物筋混凝土的粘结性能与钢筋混凝土的粘结性能存在明显不同 .根据纤维聚合物筋与混凝土之间的传力机理 ,讨论了粘结应力、纤维聚合物筋应力以及锚固长度之间的关系 ,建立了纤维聚合物筋混凝土粘结计算的基本公式 .在总结国内外已有的纤维聚合物筋与混凝土粘结滑移本构模型的基础上 ,提出了粘结滑移的连续曲线本构模型 .该模型以粘结滑移曲线的三个关键点为基础 ,物理概念明确、光滑连续 .最后 ,讨论了锚固长度的计算问题 ,建议了锚固长度的计算方法     

FRP筋与混凝土粘结性能研究进展及本构模型改进

近年来,FRP（纤维增强聚合物）筋代替钢筋在混凝土结构中得到越来越广泛的应用。与钢筋相比,FRP筋具有各向异性、非均质、表面形式不同等特性,这导致FRP筋与混凝土之间的粘结机制不同于钢筋与混凝土。为全面了解FRP筋与混凝土之间的粘结性能,收集数据建立由342个拉拔试验试件组成的数据库,分析粘结性能与各因素之间的关系,对没有达成一致结论的观点进行补充和讨论,分析高温、冻融循环、电解质溶液对FRP筋与混凝土粘结性能的影响;校核常用的粘结-滑移本构模型的计算精度,基于建立的试验数据库,提出新的精度更高的粘结-滑移本构上升段表达式。     

无粘结部分预应力纤维聚合物筋混凝土梁试验

目的研究无粘结CFRP筋部分预应力混凝土受弯构件的受力性能,荷载作用下CFRP筋应力增量、受弯构件变形以及裂缝分布特征.方法设计制作4根简支试验梁,梁中以CFRP筋作无粘结预应力筋、普通钢筋作非预应力筋,对试验梁在两点进行分级加载,根据各梁试验结果对这类梁的受力性能展开研究.结果试验梁的裂缝分布比较均匀,且主要集中在纯弯曲段;混凝土的开裂对梁的变形及CFRP筋应力增量影响不大,而非预应力钢筋屈服后,试验梁变形及CFRP筋应力增量明显增大,且CFRP筋极限应力增量受综合配筋指标影响显著;提出了以综合配筋指标为自变量的无粘结CFRP筋极限应力增量计算公式.结论无粘结CFRP筋部分预应力混凝土受弯构件有良好的力学性能,试验结果为开展这类梁的设计研究提供了理论依据.     

ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型

目的 为准确模拟地震作用下钢筋混凝土梁柱构件的弹塑性受力特性,解决ABAQUS软件显式分析模块缺乏用于三维梁单元的混凝土本构模型及钢筋本构模型的问题.方法 采用的混凝土单轴本构模型考虑了箍筋对混凝土的约束影响以及混凝土裂面效应的影响,钢筋单轴本构模型合理考虑了Bauschinger效应,利用ABAQUS用户子程序接口VUMAT进行二次开发,编制了用于显式动力分析的梁单元混凝土、钢筋本构模型的计算程序,并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了数值模拟.结果 通过与ABAQUS自带的钢筋本构模型对比,验证了采用笔者给出的混凝土与钢筋本构模型能够较好地反映钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的滞回性能以及双向弯曲耦合性能.结论 数值模拟结果与试验结果吻合良好.笔者开发的混凝土、钢筋本构模型能够用于混凝土梁柱构件在复杂受力状态下的动力非线性响应分析.     

钢筋与砼间粘结锚固性能及粘结作用机理

钢筋与砼间的粘结锚固性能依据钢筋外形大致可分为三种：光圆钢筋、变形钢筋、扭转型钢筋的粘结锚固,并分别总结了它们与砼间的粘结锚固性能及机理,以及光圆钢筋及变形钢筋在重复荷载及反复荷载作用下的粘结退化及其机理,最后也对粘结锚固设计进行了总结。     

FRP筋与混凝土粘结滑移数值模拟

目的对FRP筋与混凝土粘结滑移性能进行数值模拟.方法利用ANSYS非线性有限元程序,对混凝土、FRP筋以及两者之间的粘结滑移作用分别采用不同的单元类型,考虑各材料及其之间的本构关系,对FRP筋混凝土拉拔试件建立分离式的有限元模型,并对其进行计算分析,进一步将计算结果与试验结果进行对比分析.结果对比研究表明,拉拔试件的荷载-加载端、自由端滑移曲线与试验曲线相比,两者吻合较好,且荷载-加载端滑移曲线与试验曲线的吻合程度比自由端要好.另外,模拟得到的试件极限荷载、粘结应力峰值与试验结果均吻合较好,而其相对应的滑移计算值与试验结果相比略大.结论ANSYS非线性有限元程序能够有效地模拟FRP筋和混凝土之间的粘结滑移作用,可以得到较为准确的极限状态值,也能较为准确地模拟粘结滑移的真实受力过程.     

不同钢筋位置下锈蚀钢筋混凝土梁粘结性能分析

为了研究锈蚀钢筋所处的不同位置对钢筋混凝土梁粘结性能的影响，本文对12个不同锈蚀纵筋位置的梁式试件进行了4点弯曲加载。试验结果表明：纵筋位于混凝土梁底角部试件与其位于梁底中部的试件相比，在理论锈蚀率为0%、1%、2%、4%、8%时粘结强度分别降低17%、20%、46%、26%、18%。基于试验结果，建立了考虑钢筋位置的锈蚀钢筋-混凝土界面平均粘结应力-滑移本构方程。基于ANSYS软件，利用粘结-滑移本构关系进行数值模拟。结果表明，考虑钢筋位置的粘结-滑移本构模型能够有效计算平均极限粘结应力，数值模拟值与试验值吻合较好。此外，本文提出考虑钢筋位置的钢筋混凝土梁随锈蚀率变化的极限粘结强度劣化模型。     

无粘结预应力混凝土梁非线性有限元分析方法研究

无粘结预应力混凝土的计算并不象有粘结预应力混凝土那样,由外荷载引起预应力筋的应变不能根据相应截面的混凝土的应变求得,其应力的计算比较复杂.以有限元理论为基础,提出无粘结预应力混凝土梁的全过程分析模型,并研究编制了计算程序,分析了无粘结预应力混凝土的整个受力过程、变形发展、混凝土及无粘结筋的应力分布状态等.实例计算结果表明,该模型具有较好的精度,可用于工程结构的实际模拟分析.     

基于局部损伤混凝土模型的FRP-混凝土界面有限元分析研究

基于局部损伤混凝土模型建立了FRP-混凝土搭接接头的精细有限元模型,对其界面在准静态荷载和动力荷载下的粘结性能进行了研究.将准静态有限元模拟结果与FRP-混凝土搭接接头单剪试验数据进行了比较,同时完成了该局部损伤混凝土模型的各参数分析,详细讨论了混凝土断裂带宽度和断裂能等因素对有限元计算的影响.该模型计算得到的准静态荷载-滑移及应变分布曲线均接近试验结果,且通过数值分析还能详细展示FRP-混凝土界面的损伤、传递及破坏过程,预测构件的静态承载能力和FRP-混凝土粘结滑移行为.在此准静态精细有限元模型基础上引入与应变率相关的混凝土动力增强因子(dynamic increasing factor,DIF),针对不同加载速率下FRP-混凝土粘结滑移行为进行了初步讨论,指出高加载速率会导致FRP-混凝土界面承载能力的提高和有效搭接长度的增长,并扩大破坏区域的范围.     

纤维增强塑料筋与混凝土粘结性能研究

纤维增强塑料是一种高强、轻质、耐腐蚀、耐疲劳的新型复合材料,近年来,纤维增强塑料代替钢筋与预应力钢筋被广泛应用与混凝土结构之中,本文通过对12个150mm×150mm×150mm混凝土与GFRP筋粘结试件的试验研究,研究了GFRP筋直径及混凝土强度对粘结强度的影响,总结了粘结性能随埋长、纤维类型及表面形式的变化规律.     

无粘结CFRP筋预应力梁刚度及裂缝的计算

为了推导表达形式统一的无粘结CFRP筋部分预应力混凝土梁刚度及裂缝宽度计算公式,定义了无粘结CFRP筋应力增量与有粘结钢筋应力增量的比值为无粘结CFRP筋等效折减系数.在刚度计算公式中用无粘结CFRP筋的等效折减面积与普通钢筋面积之和与截面有效面积之比这一等效纵向受拉钢筋配筋率替代现行规范中的纵向受拉钢筋配筋率,在裂缝宽度计算公式中用无粘结CFRP筋的等效折减面积与普通钢筋面积之和这一等效纵向受拉钢筋面积替代现行规范中的纵向受拉钢筋面积.从而形成了与现行规范相协调的刚度及裂缝宽度计算公式,公式的计算结果与试验结果吻合良好.