高速数字图像相关法在化学螺栓混凝土拉拔试验中的应用

提出了一种基于高速数字图像相关方法对混凝土中化学螺栓进行拉拔的试验方案,可用于捕捉和分析化学螺栓与混凝土间的变形发展和破坏形态。为实现直接观测化学螺栓与混凝土界面位移和应变场,采用半模试件进行试验研究。为证明其可行性,将半模试件与全模试件的粘结-滑移响应进行对比。结果证明,半模试件与全模试件具有一致的粘结-滑移响应,可以用来研究化学螺栓与混凝土界面的粘结机理。最后,利用高速摄像机捕捉混凝土破坏时刻的图像,通过数字图像相关法技术对采集的图像进行分析,直接测量了化学螺栓从混凝土中破坏时界面的位移和应变。     

数字图像相关法测量FRP片材与混凝土界面的黏结滑移关系

采用数字图像相关(DIC)法测量FRP-混凝土双剪试件的全场位移,通过平滑与拟合两种方法获得界面的黏结滑移关系。共测试了6个试件,变化参数为FRP片材的种类(玄武岩纤维和碳纤维)。数字图像相关法的使用可以为界面剪应力的计算提供足够多的数据点,并可直接得到FRP片材与混凝土界面的滑移。试验结果表明:与传统测试手段相比,数字图像相关法能够记录界面剥离过程更全面的信息;对位移数据采用平滑及拟合可以避免测试误差的扩大化,得到反映整个界面规律的黏结滑移关系;经过与传统手段直接测得的数据对比,验证了该测试方法和数据处理方法的可靠性。数字图像相关法的合理使用为类似搭接接头黏结性能的测试和分析提供了新的途径。     

界面弹性模量对三维双丝拉拔混凝土的力学性能影响

三维条件下双丝拉拔力学性能研究是纤维增强混凝土研究的重要基础。本文考虑双丝间的耦合作用和材料各相的细观非均匀性,建立了双丝拉拔混凝土三维模型,研究了界面弹性模量对双丝拉拔混凝土力学性能的影响以及界面的作用机理,获得了试件应力分布云图、声发射演化过程图、声发射–位移–荷载曲线,拟合了峰值荷载、相对韧度以及声发射能量与界面弹性模量的关系曲线。研究结果表明:低弹性模量的界面有利于缓和应力集中;双丝拉拔试件的强度和韧性均随界面弹性模量的增加而降低。     

基于DIC的混凝土嵌入式BFRP筋拔出行为及黏结性能研究

基于数字图像相关（DIC）技术对混凝土内嵌入式玄武岩纤维增强聚合物（BFRP）筋的界面黏结性能及其拔出过程开展了研究.采用数字图像采集处理技术获取了BFRP筋从混凝土表面拔出过程的应变场演变数据并计算了界面的黏结应力.结果表明：BFRP筋从混凝土表面拔出过程中，黏结应力与应变沿筋材呈现对称分布；随着拉拔荷载的增加，界面黏结应力、应变均不断增大，养护龄期为7 d的C50混凝土与BFRP筋的黏结界面在靠近加载端区域的最大应力和应变分别为3.3 MPa、0.020；与淡水河砂混凝土相比，当养护龄期达到28 d时，相同水胶比下海水海砂混凝土与BFRP筋界面黏结处的最大应力提高了19%左右；延长养护龄期可有效增大混凝土与BFRP筋的界面黏结应力；界面黏结应力和应变沿加载端到自由端呈线性下降趋势；拔出后加载端混凝土损伤严重，BFRP筋黏结段呈现部分纤维拉断剥离现象.     

由试验视频图像计算加筋砂土位移场

由数字图像计算土体位移场时大多使用数字图像相关匹配法,直接使用视频图像计算加筋砂土位移场的工作比较少。本文使用室内加筋砂土试验时拍摄的视频图像,将原始视频图像转换为多帧彩色图像及相应的灰度图像,利用最大相关匹配法对多帧图像进行相关匹配,由匹配点(区域)的移动计算加筋砂土中不同位置的相对位移,求得了任一时刻加筋砂土中的位移场和速度场、任一位置的位移变化过程。本文还对计算结果的主要影响因素进行了讨论。结果表明,本文方法对研究加筋砂土的变形分布、影响因素、变形过程与破坏机理分析具有重要的参考价值。     

压型钢板-混凝土组合桥面板连接构造试验研究

为研究压型钢板-混凝土组合桥面板的压型钢板与混凝土界面抗拉拔脱开承载力,通过压型钢板与混凝土组合构件竖直加载试验,设计连接面积和横向钢筋连接构造对照组,记录不同构件荷载-位移曲线和破坏形态。结果表明,连接界面抗拉拔脱开承载力与连接面积呈线性正相关,连接界面横向钢筋构造能显著提高连接界面抗拉拔脱开承载力并增加构件延性。施工过程中宜在压型钢板上焊接横向钢筋,以提升连接界面抗拉拔脱开承载力。     

土工格栅纵横肋的筋土承载特性分析

为研究土工格栅纵横肋与砂土的界面受力特性,进行了不同法向压力的格栅拉拔试验,分别设计了横向与纵向剪除横肋的6种拉拔试验工况,研究横肋减少对格栅受力、拉拔阻力峰值和位移及似摩擦系数的影响,并分别对比了整体剪切和刺入剪切破坏模式下的格栅拉拔阻力,揭示格栅筋土界面的相互作用机理。结果表明,随着横肋的减少,格栅拉拔阻力和似摩擦系数不断地变小;横肋沿横向减少的格栅最大拉拔阻力大于横肋沿纵向减少的最大拉拔阻力,完整横肋有助于筋土界面的加筋作用的充分发挥。理论计算格栅界面摩擦力约为18%~19%的试验拉拔阻力,而试验获得的格栅界面摩擦力与试验拉拔阻力的比值为29%~33%,横肋与土体挤压咬合产生的承载力分量占了总拉拔阻力的67%~71%,横肋极大提高了土工格栅的拉拔阻力。     

新型可视土工拉拔试验仪的研发与应用

研制了一台新型可视自动采集数据的土工拉拔试验装置,可用于多种土工材料和填料作用下的拉拔试验。该装置改进了加载系统和反力系统,实现了拉拔界面的可视与数据采集的自动化,并可量测土工材料不同嵌固长度处的位移,获取土工材料变形值,探索筋土作用过程中筋材受力机理及界面土体位移变化规律。使用新研制的试验装置开展了以砾类粗粒土为填料的格栅拉拔试验,结果表明:上覆荷载增大,土中格栅的应变变小,土体与格栅的界面摩擦和嵌固作用越显著;筋土界面处土体颗粒存在平移及转动两种运动模式,且界面处土体形成稳定的位移集中带。     

刚性与柔性顶部边界下筋土界面特性的细观数值研究

土工格栅拉拔试验被认为是研究土工格栅与土相互作用行为最直接有效的方法。在土工格栅拉拔试验中,常采用刚性或柔性顶部边界条件施加竖向荷载。为了研究刚性与柔性顶部边界条件对拉拔试验结果的影响,基于离散元数值模拟,从细观层面深入分析了刚性与柔性顶部边界条件下土工格栅与土的力学响应。研究结果表明:在拉拔位移较小的情况下,刚性与柔性顶部边界条件对拉拔试验结果几乎没有影响;随着拉拔位移的增大,顶部边界条件对拉拔试验结果的影响逐渐明显,刚性顶部边界条件下的最大拉拔阻力略大于柔性顶部边界条件下的最大拉拔阻力;土工格栅张力与试样内部土颗粒间接触力分布情况、试样内部土颗粒旋转情况以及顶部加载板颗粒的竖向位移分布规律直观地展现了顶部边界条件对拉拔试验结果的影响。本研究结果有望为规范土工格栅拉拔试验方法提供科学依据。     

加筋土的拉拔摩擦试验研究

本文通过筋土之间的拉拔摩擦试验研究,分析了四种筋材在同一填料以及一种筋材在三种不同填料中的筋土界面摩擦系数的变化情况,并分析了筋材摩阻强度的变化规律。试验结果表明:在同种填料中,土工网和土工格栅较土工布、土工带界面摩擦系数高;同种筋材在粗颗粒填料中界面摩擦系数较细颗粒填料中大。拉拔试验的剪切应力与剪切位移具有明显的非线性特征,在开始阶段剪切应力有明显的增加,然后达到峰值并趋于稳定;随着法向应力的增加,界面的剪切应力的峰值以及对应的拉拔位移量也相应的增加。研究结果可为今后加筋土的研究及应用提供一定的参考和借鉴。