高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料弯曲性能试验

为了研究高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)的受弯性能,考虑纵向高强不锈钢绞线配筋率、ECC抗压和抗拉强度等影响因素,对设计的8个高强不锈钢绞线网增强ECC试件进行四点弯曲试验。结果表明,随着纵向高强不锈钢绞线配筋率增大,其开裂荷载基本不变,峰值荷载明显增大,但峰值位移减小,即延性降低;纵向高强不锈钢绞线配筋率小于0.48%比较合理。随着ECC强度提高,高强不锈钢绞线网增强ECC受弯试件开裂和峰值荷载均增大。ECC开裂后,受拉区的钢绞线和ECC共同受拉,施加荷载达到峰值荷载的80%时,底部最大裂缝宽度仅0.08 mm;达到峰值荷载时,最大裂缝宽度不超过0.55 mm;受压区ECC的压应变达到0.01;ECC完全压碎时,跨中最大挠度达到跨度的1/15。说明本文研究的高强不锈钢绞线网增强ECC具有良好的抗裂性能和延性性能。      

高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土受压本构模型

为将新型复合材料“高强不锈钢绞线网/ECC约束素混凝土”用于实际工程结构,基于高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土(简称HSME约束高强混凝土)复合材料轴心受压试验结果,分析ECC强度、核心混凝土强度以及横向钢绞线体积配网率等对其受压性能的影响规律。试验结果表明：HSME能够有效约束核心混凝土轴心受压,破坏模式具有明显的延性性能,根据试验数据绘出HSME约束高强混凝土复合材料受压应力-应变曲线,可以分为三个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。根据各阶段曲线的数学特征,建立HSME约束高强混凝土复合材料受压本构关系的全过程模型表达式。引入ECC特征值和横向钢绞线特征值,对本构模型的各参数进行分析,提出HSME约束高强混凝土复合材料的开裂压应变、峰值应力、峰值压应变和极限压应变等参数的表达式。将各参数代入所建立的受压本构关系绘出其应力-应变曲线,模型结果与试验所得应力-应变曲线吻合良好,开裂压应变与极限压应变的计算值与试验值对比范围分别为0.949～1.068和0.938～1.039。表明所提出的受压本构模型能够较好地反映HSME约束高强混凝土复合材料的应力-应变关系。     

水泥基复合材料加固小偏心受压钢筋混凝土柱承载力

通过对工程水泥基复合材料(ECC)加固钢筋混凝土(RC)柱和未加固RC柱进行小偏心受压试验,研究ECC加固RC柱小偏心受压性能。试验结果表明,ECC加固层能有效约束核心混凝土;与未加固柱相比,加固柱的裂缝细而密,达到峰值荷载时受压区ECC尚未被压碎,破坏过程比较平缓,有较好的完整性,并表现出一定的延性特征;相对偏心距相同时,加固柱的开裂荷载、峰值荷载及延性相比未加固柱分别提高了107%～236%、45%～159%、37.4%～41.3%。依据试验结果,绘制出各加固柱跨中荷载-挠度曲线,可分为4个阶段：弹性阶段、裂缝稳定扩展阶段、最大荷载阶段及下降段。随着加固层厚度的增大,相同荷载下ECC竖向应变及钢筋应变越小;随着相对偏心距的增大,相同荷载下ECC竖向应变及钢筋应变越大。基于混凝土结构理论及力学原理,分析ECC加固层对核心混凝土柱的约束机制,提出ECC约束混凝土抗压强度和峰值应变的表达式,推导出加固柱受压承载力计算公式,承载力计算值与试验值相对误差在10%以内,二者吻合良好,为ECC加固混凝土柱在实际工程中的应用提供理论参考。     

新型复合材料“高强钢绞线网/ECC约束素混凝土”受压性能试验研究

考虑混凝土强度、工程水泥基复合材料(ECC)强度和横向高强钢绞线配筋率等因素，研究新型复合材料“高强钢绞线网/ECC约束素混凝土”(以下简称HSE约束素混凝土)的受压性能。HSE约束素混凝土轴心受压试验显示，达到最大荷载的30%左右时，约束层ECC出现约为0.01 mm的竖向裂缝；约为最大荷载的85%时，表面最大裂缝宽度约为0.07 mm；达到最大荷载时，最大裂缝宽度仅为0.20 mm；说明该新型复合材料具有很好的裂缝分散和控制能力。之后荷载缓慢下降至最大荷载75%左右，第一根横向钢绞线断裂；达到破坏时裂而不碎，约束层和核心混凝土未发生黏结破坏，完整性良好。HSE约束素混凝土与素混凝土相比，其开裂应力提高了88%~116%；轴心抗压强度提高了21%~49%、轴心压应变增加了约45%；极限压应变提高了106%~175%。ECC强度和混凝土强度及横向钢绞线配筋率的提高，均增大其开裂和最大荷载及极限压应变。      

高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料受拉应力-应变关系

为了研究高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,EEC)的受拉性能,考虑高强不锈钢绞线配筋率、ECC抗拉强度、高强不锈钢绞线网增强ECC试件宽度3个影响因素,对设计的27个高强不锈钢绞线网增强ECC试件进行了单轴拉伸试验。试验结果表明,高强不锈钢绞线网增强ECC受拉试件的开裂应力和极限应力随着钢绞线配筋率、ECC抗拉强度的增大而增大;增大试件宽度对试件的开裂应力和极限应力几乎无影响。基于试验结果,提出并建立了高强不锈钢绞线网增强ECC受拉本构模型,推导了开裂应力和极限应力计算公式。经验证,计算结果与试验结果吻合良好,说明所建立的受拉本构模型可准确描述高强不锈钢绞线网增强ECC的受拉应力-应变关系。      

FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土组合柱抗震性能研究

提出一种在塑性铰区域采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)替代混凝土来改善FRP筋-钢筋增强混凝土柱抗震性能的新方法。对FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土构件进行了低周往复荷载试验,系统地考察了基体材料、筋材种类、轴压比对构件破坏模态、裂缝模式、承载力、残余变形、延性和耗能能力的影响。结果表明,将ECC替代塑性铰区域混凝土能够有效避免FRP筋的受压屈曲,进而显著提升组合柱的抗震性能。与钢筋增强ECC-混凝土组合柱相比,复合筋增强ECC-混凝土组合柱的残余变形明显更小,且屈服后的刚度更高。随着轴压比的增大,构件极限强度升高但变形能力降低。通过有限元参数分析可知,组合柱的承载力和变形能力均随着ECC抗压强度及总配筋率的增大而增大;在总配筋率不变的情况下,FRP筋占比越高,构件的延性越好。     

高延性混凝土加固震损混凝土短柱轴压性能试验及承载能力研究

通过9个高延性混凝土(HDC)加固震损混凝土短柱轴心受压试验,研究了在大的截面尺寸和高度下HDC加固对混凝土短柱加固效果的影响程度,探讨了HDC加固混凝土短柱的承载能力以及变形能力。试验结果表明:利用HDC良好的裂缝控制能力和界面黏结能力,使得受损混凝土短柱的峰值应力达到原柱的80%～90%,峰值荷载提高了10%～30%,纵向极限应变提高了约47%～141%,对应的纵向极限荷载提高了约48.7%～129.0%,横向极限应变可达0.42%～0.77%,约为加固前的2倍～3倍,横向极限荷载提高了23%～112%,受损混凝土短柱的延性得到极大地增强,承载能力得到一定程度地提高。对应力应变全过程曲线进行拟合分析,实测曲线与计算曲线拟合较好。基于破坏机理与约束理论,给出轴心受压承载力公式,公式计算值与试验实测值吻合较好。     

CFRP筋-高强钢筋/高强混凝土柱的抗震性能

为了研究高强钢筋和碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)混合配筋/高强混凝土柱的抗震性能,对CFRP筋-高强钢筋混合配筋的高强混凝土柱进行了低周反复荷载试验和有限元分析,研究了CFRP筋的粘结条件、不同轴压比以及高强混凝土种类等参数对其抗震性能的影响。结果表明:所有的高强混合配筋高强混凝土柱均发生延性破坏;在相同条件下,高强混合配筋混凝土中分别添加了钢纤维活性粉末和钢纤维后,表现出更好的耗能能力和延性;有粘结CFRP筋混合配筋高强混凝土柱比无粘结CFRP筋混合配筋柱的变形能力和承载力分别提高了9.6%和17.1%,但是延性系数降低了22.5%;在延性破坏的条件下,随着轴压比的增加,CFRP筋-高强钢筋混合配筋柱的屈服强度和极限强度明显增大,极限位移和耗能能力也逐渐减小;高强钢筋和CFRP筋配筋率越高,高强混合配筋柱的极限承载力和变形能力越大。      

高强不锈钢绞线网与工程水泥基复合材料黏结锚固性能试验

为研究高强不锈钢绞线网在工程水泥基复合材料(ECC)中的黏结锚固性能,考虑了横向钢绞线间距、相对锚固长度和钢绞线直径三个影响因素,对设计制作的17组51个试件进行了单边拉拔试验。结果表明:横向钢绞线的设置使黏结破坏具有明显的延性破坏特征;横向钢绞线间距对黏结强度影响不大,但延性强化段长度(延性)随横向钢绞线间距的减小而增大;钢绞线网与ECC的峰值平均黏结应力与锚固长度及钢绞线直径均呈负相关,其延性随钢绞线直径的增大而提高,但随锚固长度的增大而降低。试验结果及分析验证了钢绞线网在ECC中的临界锚固长度计算可采用单根钢绞线的临界锚固长度计算公式。      

CFRP筋增强ECC梁弯曲性能试验研究

为研究碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋/超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composite,ECC)梁的抗弯性能,对3根CFRP筋/ECC梁、1根玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋/梁和1根CFRP筋混凝土梁进行了四点弯曲试验,分析了配筋率、纤维增强树脂复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)筋类型和基体类型对梁抗弯性能的影响。试验结果表明:CFRP筋/ECC梁与GFRP筋/ECC梁和CFRP筋混凝土梁类似,均经历了弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段;配筋率对CFRP筋/ECC梁的受弯性能影响较大。随着配筋率的增加,CFRP筋/ECC梁的承载能力不断提高,延性性能逐渐减弱;ECC材料优异的应变硬化能力和受压延性,使得CFRP筋/ECC梁的极限承载能力和变形能力均优于CFRP筋混凝土梁;由于ECC材料多裂缝开裂能力,CFRP筋/ECC梁开裂后,纵筋表面应变分布比CFRP筋混凝土梁更均匀; 由于聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)纤维的桥联作用,CFRP筋/ECC梁破坏时,其表面出现了大量的细密裂缝,且能保持较好的完整性和自复位能力;正常使用阶段,CFRP筋/ECC梁的最大弯曲裂缝宽度均小于CFRP筋混凝土梁。最后,根据试验结果,建立了基于等效应力图的CFRP筋/ECC梁弯曲承载力简化计算模型,确定模型中的相关系数。由简化模型计算的极限承载力与试验结果具有较好的相关性。