碳纤维布-混凝土界面抗剪性能的试验研究

目的分析碳纤维复合材料(CFRP)-混凝土界面抗剪性能．方法针对由两种不同强度混凝土制成的、并采取不同粘贴方式进行CFRP补强的试件，进行了双界面抗剪性能测试，研究了界面剪切破坏机理．结果分析和比较了在混凝土强度及碳纤维布粘贴方式不同的情况下，界面抗剪性能的影响因素．结论实验结果表明，CFRP与混凝土粘结界面的抗剪强度、开裂过程以及CFRP布的应变与混凝土本身的性能以及CFRP粘结面积密切相关．混凝土自身强度越高，CFRP粘结面积越大，界面的抗剪能力越强。     

铝合金板与混凝土的粘贴粘结强度研究

为了在提高加固钢筋混凝土梁承载力的同时具有很好的延性和耗能能力,特别是满足侵蚀环境及寒冷环境中加固工程的需要,采用铝合金板加固钢筋混凝土梁是一个很好的解决办法。铝合金板通过粘贴层将力传给钢筋混凝土梁,故铝合金板与混凝土的粘贴粘结性能决定了铝合金板加固钢筋混凝土梁的效果。铝合金板与混凝土的粘贴粘结强度作为铝合金板加固钢筋混凝土梁连接设计的基础,对其开展试验和理论研究。开展105个试件的铝合金板与混凝土面内单剪试验发现：对粘贴界面没有进行粗糙处理的试件发生了界面剥离破坏,其他试件均发生了混凝土层剥离破坏;界面剥离破坏的粘结性能远差于混凝土层剥离破坏,说明了对粘贴界面进行处理的必要性。通过试验得到铝合金板和混凝土连接的极限粘结荷载,根据铝合金板正应力的变化率与粘贴界面剪应力的关系,得到剪应力的分布曲线和有效粘结长度;假设剪应力沿有效粘结长度处处相等,得到了铝合金板与混凝土的粘贴试验粘结强度,并基于此讨论了界面处理、混凝土强度、铝合金板宽度、厚度和粘贴长度等因素对试验粘结强度的影响。结合试验数据的统计回归分析,提出计算铝合金板与混凝土的粘贴粘结强度的修正Niedermeier模型,得到了铝合金板与混凝土的有效粘结长度和粘贴粘结强度的理论计算公式,其理论值和试验值吻合较好,误差最大值为8.98%,平均值为0.004,标准差为0.041。研究成果为铝合金板加固钢筋混凝土梁的粘贴设计提供了理论基础。     

铝合金板与混凝土的粘结性能

铝合金材料具有强度高、变形性能好、耐腐蚀等优点,是沿海侵蚀环境中钢筋混凝土结构加固工程的理想材料;而铝合金板与混凝土的粘结性能是铝合金板加固钢筋混凝土梁能否协同工作的关键问题。基于此,对铝合金板与混凝土的粘结性能进行试验和理论研究。考虑混凝土强度、铝合金板宽度和厚度、粘贴长度及界面处理等因素对铝合金板和混凝土块体粘结性能的影响,设计了一套试件固定装置,采用万能试验机对105个铝合金板与混凝土棱柱体的粘贴试件进行了面内单剪试验。根据试验结果,结合理论分析,得到了铝合金板和混凝土连接的粘结破坏典型特征、剪应力分布曲线和粘结滑移曲线。研究表明,试件存在两种破坏形式：界面剥离破坏和混凝土层剥离破坏。界面处理对粘结性能有重要的影响,粘贴界面没有进行糙化处理的试件发生了界面剥离破坏,其他试件发生了混凝土层剥离破坏;随着混凝土强度的提高、铝合金板宽度和厚度的变小,粘结性能提高;存在一个有效粘贴长度,当粘贴长度大于有效粘贴长度后,增大粘贴长度并不能提高连接的极限荷载。     

带剪力键的FRP板与混凝土粘结性能研究

目的探讨影响带剪力键的纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)板与混凝土的粘结性能的主要因素.方法采用FRP板-混凝土块搭接接头的单剪试验方法,考虑剪力键高度、宽度和长度、附加砂粒增强以及混凝土强度等因素,对带剪力键的FRP板与混凝土间粘结性能进行了深入研究.结果剪力键长度、附加砂粒增强和混凝土强度等因素对FRP板与混凝土间平均粘结强度有显著影响,而剪力键高度和宽度的变化影响较小.结论得到了5种试验因素对FRP板与混凝土间平均粘结强度的影响规律,并提出了FRP剪力键抗剪设计方法,可用于指导FRP-混凝土组合结构中组合界面抗剪设计.     

用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板火灾后受力性能

研发了600℃时强度不低于常温强度的无机胶,并用其粘贴CFRP布加固混凝土板。对4块已进行过火灾下耐火性能试验的加固板进行了火灾后受力性能试验。描述了用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板火灾后受力破坏过程,获得了加固板火灾后受弯承载力试验值和荷载-跨中位移变形曲线。进行了加固板火灾后受弯承载力分析。试验与分析表明,在CFRP布历经温度低于300℃时,用无机胶粘贴的CFRP布与混凝土板火灾后仍能共同工作,CFRP布的强度能够充分利用。在此基础上,提出了与试验结果吻合较好的承载力计算公式和刚度计算方法。     

铝合金板-混凝土界面粘结-滑移性能双面剪切试验研究

铝合金板具有强度高、耐蚀性及延性好等优点,可用于潮湿、高寒等复杂恶劣环境中混凝土结构的加固,但铝合金板-混凝土的界面性能是影响铝合金板加固混凝土结构效果的关键。进行48个铝合金板-混凝土试件的界面双剪试验,分析铝合金板厚度、铝合金板粘结长度及结构胶种类对界面破坏机理、剥离承载力、粘结剪应力及滑移演化规律的影响。结果表明：增加铝合金板厚度、铝合金板粘结长度以及采用低弹性模量的结构胶能有效提高界面的剥离承载力,但铝合金板粘结长度应控制在有效粘结长度范围内;试件的滑移量随着粘结长度的增加而增大,且铝合金板越厚,试件的滑移量越小。将双直线模型、双曲线模型、Nakaba模型计算结果与试验结果进行对比分析,Nakaba模型与铝合金板-混凝土粘结滑移曲线整体吻合较好。     

预制混凝土预留孔灌浆钢筋粘结性能梁式试验研究

通过考虑钢筋直径、混凝土强度、灌浆料强度、钢筋锚固长度以及螺旋箍筋的配箍率5个影响因素,共设计了33个梁式试件来研究混凝土预留孔灌浆钢筋的粘结锚固性能。结果表明:试件发生了钢筋屈服和粘结破坏两类破坏形式,其中,采用C50与C60灌浆料、锚固长度为5倍钢筋直径的梁式试件均发生了粘结破坏,其余试件均为钢筋屈服破坏;钢筋直径越小、灌浆料强度越高、螺旋箍筋配箍率越高、钢筋锚固长度越长、混凝土强度越高,钢筋的粘结锚固性能越好。此外,根据试验结果拟合得到了预制混凝土预留孔灌浆钢筋极限粘结强度的经验公式,与实测结果的误差约为4.7%,吻合良好。     

CFRP布混合粘贴形式界面剪切性能试验

为了研究CFRP布混合粘贴的界面粘结性能,设计了4组自锚式面内双剪试验.根据界面剪应力的发展规律,将CFRP布混合粘贴中碳纤维布由初始受力至破坏的过程划分为3个阶段.试验考虑了碳纤维布不同的粘贴长度因素,分析试验中的破坏形式、破坏过程和界面粘结性能.研究表明CFRP布混合粘贴形式中的钢板锚固件提高了CFRP-混凝土界面的粘结强度,将破坏形态由碳纤维布的剥离破坏转变为碳纤维布的断裂破坏,极大地的提高了碳纤维布材料的强度利用率.碳纤维布在未剥离阶段其界面粘结性能较为稳定,钢板锚固件对碳纤维布的初始剥离影响较小;在碳纤维布持续剥离阶段,钢板锚固件可以延缓碳纤维布的剥离,使得界面粘结强度提高18.02%.     

内嵌碳纤维增强复合材料板-混凝土界面黏结性能试验研究

考虑混凝土强度、碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)板黏结长度和界面处理方式等因素进行了36个黏结试件的单剪试验,分析了不同因素影响下试件的破坏模式、极限承载力、黏结应力分布等规律。考虑界面处理方式,给出了内嵌CFRP板与混凝土黏结承载力的表达式。结果表明:在3种处理方式下,大多数试件发生CFRP板与胶体的剥离破坏;随混凝土强度和黏结长度的增大,试件的极限承载力提高;通过分析发现,各组试件的黏结应力都是从加载端向自由端传递直到试件剥离破坏,传递区域的长度大致相同;提出的内嵌CFRP板与混凝土黏结承载力计算结果与试验结果吻合较好。     

CFRP约束混凝土圆柱轴心受压力学性能分析

采用基于非相关联流动法则的混凝土Drucker-Prager模型,对碳纤维增强复合材料（CFRP）约束混凝土圆柱的轴压受力性能进行了非线性有限元计算,分析了CFRP厚度、CFRP缠绕角度和混凝土强度3种因素对柱轴压力学性能的影响。结果表明：采用非相关联流动法则计算得到的数值结果与试验结果吻合良好;随CFRP厚度增加,柱的极限压应力和压应变均增大;CFRP环向缠绕比成角度缠绕的混凝土柱能获得更大的极限压应力;混凝土强度越低,CFRP的约束效率越高。     

预应力CFRP板加固混凝土梁的抗裂性能

预应力碳纤维（CFRP）板加固混凝土梁可以有效地提高梁的抗裂度并减小梁的裂缝宽度,但我国现行规范以及ACI 440.4R-02规范中都没有相关的预应力CFRP板加固混凝土梁的设计条款。通过理论分析,得出了预应力CFRP板加固混凝土梁的抗裂度计算公式;考虑了CFRP板与普通预应力钢筋形状、粘结面等的差异,对我国《混凝土结构设计规范》中有关受弯构件最大裂缝宽度的计算公式进行了修正。基于提出的公式,对预应力CFRP板加固混凝土梁的单调静载试验结果进行计算对比,结果显示吻合良好。     

CFRP加固钢筋混凝土梁端部剥离破坏的试验研究

经受拉边粘贴CFRP作抗弯加固的钢筋混凝土梁,除发生正截面破坏模式外,经常会出现一种早期纤维端部的剥离破坏,导致纤维抗拉强度不能有效利用甚至加固失效．通过8根抗弯加固后梁的试验研究,认为剥离破坏是由于纤维端部应力集中产生的界面剪应力、正应力和弯剪斜裂缝基部产生的粘结锚固应力综合作用造成的．文章描述了界面剪应力的分布规律,指出混凝土强度、粘贴纤维层数尤其是无板长度是影响界面剪应力的主要因素,从而为进一步研究防止或延缓纤维端部剥离破坏的有效措施提供科学依据．     

FRP板与混凝土湿粘结界面剪切性能试验研究

采用7种不同的粘结树脂,通过2批双剪试件的拉伸剪切试验研究了拉挤成型玄武岩纤维复合板与后浇混凝土湿粘结界面的力学性能,并将其与在既有混凝土表面外贴FRP形成的干粘结界面进行了比较,通过对比两者的破坏特征、荷载位移曲线、有效粘结长度、粘结滑移关系、界面断裂能以及粘结破坏机理,深入地研究了湿粘结界面的性能。结果表明：湿粘结的粘结强度仅为干粘结的1/2~2/3,但2种界面的有效粘结长度相差不大。最后,基于试验数据提出了适用于湿粘结界面的剪切滑移本构模型。     

表层嵌贴预应力CFRP板条加固钢筋混凝土梁的应力传递行为

表层嵌贴预应力FRP板条加固钢筋混凝土结构技术可充分发挥FRP材料强度,且不需设置永久锚具,具有较大的潜力。以试验得到的嵌贴FRP混凝土粘结滑移关系为基础,建立了嵌贴预应力CFRP板条与混凝土的粘结应力微分方程,并根据边界条件推导了方程的解析解,得到了嵌贴预应力CFRP板条放张后界面粘结应力、CFRP拉伸应力的分析模型。与试验结果的比较表明,该模型得出的界面粘结应力及CFRP拉伸应力与试验结果吻合较好。在此基础上,考虑放张后CFRP混凝土界面不出现剥离的条件,分析了粘结界面能抵抗的最大容许预应力。     

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土的抗腐蚀性能和黏结性能

碳纤维复合材料(CFRP)具有不透水和不透气的性质,是一种阻锈材料;同时具有高强度和优异的耐腐蚀能力,可用于加固维护处于腐蚀环境的钢筋混凝土结构.本文试验研究了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土试件再次受到腐蚀作用时的抗腐蚀能力和黏结性能,并与传统的防腐维护材料(硅烷和聚合砂浆)进行了对比.试验研究表明:CFRP不仅能阻止混凝土中钢筋的进一步锈蚀,并且能提高锈蚀钢筋与混凝土之间的黏结强度.     

碳纤维粘贴混凝土试件锚固长度的试验研究

将碳纤维粘贴在混凝土试件上，对其锚固长度进行试验研究，并对试验结果进行分析，从中找出了对应各种混凝土强度的锚固长度值，寻出其规律，对碳纤维锚固长度的取值和影响锚固长度的因素进行分析，提出了碳纤维锚固长度建议值，供工程应用参考。     

混凝土粗糙度对CFRP与混凝土粘结性的影响

采用单剪拉拔试验分析碳纤维布复合材料(Carbon fiber reinforced polymers,CFRP)加固混凝土结构因不同的混凝土表面处理而出现不同的粘结界面破坏形式,以及对粘结强度的影响．着重根据粘结-滑移关系曲线分析在不同应力作用下碳纤维布复合材料的应变和应力分布,以及剪应力在界面的传力机理．试验结果显示,混凝土表面的处理对CFRP加固混凝土结构的粘结性能影响较大,单剪试验中粘结剥离破坏过程具有明显的规律性．最后,根据试验结果提出建议以供FRP加固混凝土结构工程应用参考．     

端锚CFRP-混凝土界面剥离全过程解析模型

端部锚固是一种控制CFRP-混凝土黏结界面剥离和提高界面承载力的有效措施。为研究端部锚固下CFRP-混凝土黏结界面的剥离过程,引入指数型界面黏结-滑移本构,推导了黏结界面剥离全过程的解析模型,得到了黏结界面滑移、黏结应力、CFRP应变和应力分布表达式,上述解析模型得到了试验结果的良好验证。基于解析模型,给出了黏结界面的最大黏结力、有效黏结长度和剥离荷载的计算方法,并分析了不同黏结长度对界面剥离全过程受力行为的影响。分析表明:相比纯外贴黏结界面,端部锚固黏结界面的有效黏结长度有所增加,且剥离荷载随黏结长度的增加而降低,并趋近于纯外贴黏结界面的极限承载力;当黏结长度较长时,其剥离荷载与最大黏结力相差不大,此时端部锚固力很小;当黏结长度较短时,端部锚固会更早地参与承担荷载,其剥离荷载接近CFRP拉断荷载。     

CFRP加固钢筋混凝土梁剥离破坏的试验研究

经外粘片材进行抗弯加固的钢筋混凝土梁,除发生正截面破坏模式外,经常会出现一种早期的剥离破坏模式,这种破坏主要是由于片材端部或裂缝附近的界面剪应力与正应力所造成.通过16根CFRP抗弯加固钢筋混凝土梁的试验,主要研究纤维片材端部和裂缝附近的界面剪应力分布规律及其影响因素.研究结果表明:CFRP的剥离现象主要发生在CFRP的端部和跨中垂直裂缝的基部,纤维端部附近最大剪应力出现在CFRP端头处,而裂缝附近剪应力最大值的位置与纤维布剥离发展过程相一致且界面剪应力与无板长度、纤维层数及混凝土强度有关.