氯盐干湿循环作用下嵌入式CFRP筋与混凝土界面粘结性能研究

海岛工程建设中,潮汐作用下的海水干湿循环是影响纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构耐久性能的主要因素之一。针对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋嵌入法加固混凝土结构,通过CFRP筋从混凝土块中的拔出试验研究高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRC)和环氧树脂胶作为加固粘结材料时,海水干湿交替循环作用下嵌入式CFRP筋与混凝土界面的粘结性能,并对其破坏模式、极限粘结承载力进行分析。结果表明:环氧树脂胶作为粘结材料时,随干湿交替循环次数的增加,极限粘结承载力略有下降;而HPFRC作为粘结材料时,干湿循环90 d内的极限粘结承载力得到持续增长,可以达到作为粘结材料时极限承载力的70.3%,因此HPFRC可以作为粘结材料应用于潮汐环境下的FRP筋嵌入法加固海工混凝土结构中。     

表面内嵌FRP筋混凝土粘结-滑移本构关系试验研究

通过对一组表面内嵌FRP筋混凝土试件进行拉拔试验,分析表面内嵌FRP筋混凝土的受力过程和破坏模式;研究FRP筋直径、粘结长度和FRP筋类型等因素对粘结滑移性能的影响。结果表明,试件的破坏模式表现为FRP筋与结构胶界面破坏、结构胶与混凝土界面剥离、FRP筋被拉断和结构胶劈裂四种破坏模式;内嵌BFRP筋试件的粘结应力随粘结长度的增长而增大,而内嵌GFRP筋试件的粘结应力随粘结长度的增长而减小。因FRP筋泊松比的降低和剪切滞后效应,试件的粘结应力随着FRP筋直径的增大而减小。同时,对试验结果进行处理分析,建立了一种适用于表面内嵌FRP筋混凝土粘结-滑移本构关系模型,并给出模型特征点的数学表达式,将拟合曲线与试验曲线进行对比分析。结果表明,该本构关系能够较为准确地模拟表面内嵌FRP筋混凝土的粘结滑移性能。     

FRP筋加固砌体结构界面粘结性能的研究现状

表面嵌入式(NSM)加固法为纤维增强塑料筋(FRP筋)加固砌体结构常用的方法,FRP筋脱粘破坏为其首要的破坏形态,研究FRP筋与砌体间的粘结性能和脱粘机理成了这项加固技术的关键。综述了国内外学者关于拉拔试验、界面剪切试验、弯曲试验以及数值模拟的研究进展,对NSM-FRP筋加固砌体结构的界面粘结性能进行了研究。研究发现加固砌体结构的变形能力、能量耗散能力和延性得到了显著增加,增加FRP筋的埋设深度可以有效提高脱粘荷载。最后使用收集到的试验数据对各种粘结性能相关公式进行了校核,对今后拟开展的研究提出了建议。     

粘结长度对AFRP-混凝土界面粘结性能的影响

钢筋混凝土结构在服役期内,由于材料老化、结构损伤等原因不宜继续承载时,常常采用纤维增强聚合物(FRP)来修复或者加固.纤维粘结加固混凝土技术的基础是纤维-混凝土界面的有效粘结.为了研究不同粘结长度对芳纶纤维(AFRP)-混凝土界面粘结性能的影响,本文设计制作了12个试件,进行界面性能力学试验.分析纤维片材表面应变情况,得到粘结长度对AFRP-混凝土界面剥离承载力、界面局部粘结剪应力的影响,并得出AFRP-混凝土界面有效粘结长度范围.试验结果表明,当纤维布与混凝土界面的粘结长度小于纤维布与混凝土界面的有效粘结长度时,AFRP-混凝土界面剥离承载力会随着AFRP纤维布粘结长度的增长而增大.不同粘结长度下AFRP-混凝土界面的表面应变情况、界面局部粘结剪应力情况相似.通过试验数据的回归分析,得到AFRP-混凝土界面剥离承载力修正模型和有效粘结长度修正模型.     

内嵌CFRP筋加固混凝土试件的粘结性能试验研究

在内嵌筋材加固混凝土试件中,良好的粘结质量是保证加固效果的关键。通过对13根内嵌碳纤维复合材料(CFRP)筋的拔出试验,研究了内嵌加固的粘结剪应力、破坏模式、试验现象,分析了混凝土强度、开槽尺寸对粘结性能的影响。结果表明,粘结试件达到破坏荷载时,剪应力的最大值出现在距加载端100~200mm的范围内;当发生结构胶与混凝土界面破坏时,随着混凝土强度的增加,粘结强度增大;开槽尺寸对破坏模式的影响较大。研究结果为实际工程应用提供依据,具有一定的参考价值。     

FRP锚钉锚固长度对FRP加固混凝土构件拉拔性能影响的试验研究

FRP锚钉是能有效阻止FRP加固混凝土构件界面剥离的前沿方法.为了测定FRP锚钉的不同锚固长度对FRP加固混凝土构件粘结性能的影响,采用拉拔试验,参照ACI规范的试验方法,测定了不同锚固长度下FRP加固混凝土构件的拉拔荷载.试验用不安装锚钉的控制试件和安装了15 mm、30 mm、45 mm三组FRP锚钉的试验试件,结果发现,锚固长度不同,FRP加固混凝土构件的破坏模式也各不相同,主要表现为混凝土内部浅层剥离、混凝土锥形破坏、混凝土锥形破坏联合锚钉部分拉拔破坏、混凝土浅层剥离联合锚钉断裂破坏以及FRP加固层内部浅层剥离联合部分混凝土浅层剥离破坏;FRP锚钉的锚固长度越长,加固试件的粘结性能越好;混凝土圆柱体抗压强度设计为30 MPa时,FRP锚钉的锚固长度应不得小于30 mm.试验结论可以为FRP锚钉的设计制作提供参考.     

硫酸盐干湿循环作用下CFRP-黏土砖界面粘结性能退化规律分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)与黏土砖界面的粘结性能是外贴CFRP加固技术的关键,为了解CFRP-黏土砖界面粘结性能在硫酸盐侵蚀下的退化规律,对硫酸盐干湿循环不同周期下的加固试件进行了单面剪切试验,结果表明：硫酸盐侵蚀对CFRP片材与浸渍胶性能影响并不明显,但对CFRP-黏土砖界面粘结性能影响较大,CFRP-黏土砖界面剪应力、承载力均随循环次数呈先小幅上升后明显下降的趋势;在试验基础上,根据已有的理论,提出硫酸盐干湿循环作用下CFRP-黏土砖界面粘结-滑移模型,通过与试验值对比分析发现,模型能够很好地反映CFRP-黏土砖界面的粘结性能退化规律。基于ABAQUS软件,利用内聚力本构关系模型对界面力学行为进行数值模拟,结果表明,内聚力模型可以很好地模拟界面的非线性力学行为,数值模拟值与试验值吻合较好。     

FRP筋与混凝土粘结性能研究进展

基于国内外不利因素下FRP筋与混凝土粘结性能的研究成果,比较分析了FRP筋与混凝土间粘结性能的常见试验方法,着重介绍了高温、冻融循环、氯盐、碱液、干湿循环等多种不利因素下FRP筋混凝土的粘结滑移性能的研究进展及现状,综合分析及比较了现有研究成果并提出现有研究的不足及建议。     

FRP布加固砌体结构界面粘结性能的研究进展

砌体结构存在着承载力低、抗震能力差等问题,所以对砌体结构的加固尤为重要。近些年在国内外兴起的纤维增强复合材料(简称FRP)以其轻质高强、耐久性好、施工方便等优点为砌体结构的加固提供了新的方向。FRP与砌体间的界面粘结性能是影响加固效果的关键因素之一。总结了国内外学者关于FRP加固砌体结构界面粘结性能的研究现状,通过收集到的试验数据对FRP加固砌体结构的极限承载力计算公式进行了校核,并对今后拟开展的研究工作提出了建议。     

FRP筋与混凝土粘结性能的试验研究及数值模拟

研制加工了一种新型的螺纹状表面粘砂复合材料(FRP)筋,通过对称拉拔试验,对FRP筋与混凝上的粘结机理、破坏机理、粘结强度和滑移性状进行了较为深入的研究.研究结果表明,该螺纹状表面粘砂FRP筋粘结力仍然由摩擦力和机械咬合力提供,但相对而言,摩擦力起主要作用.其破坏机理不是由于FRP筋的外缠肋发生损坏或者与核心处FRP发生剥离.而是FRP筋表面螺纹凸起部分与核心处FRP筋发生剪切滑移,表面粘砂层研磨成粉状,成纵向剪切破坏.荷载-滑移曲线(P-s曲线)在达到峰值点以后下降段比传统螺纹状钢筋平缓,效果更好.与混凝土的粘结强度略低于螺纹钢筋,但明显大于光圆FRP筋.最后,利用ANSYS有限元软件对螺纹状表面粘砂FRP筋混凝土试件进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,可以得到较为准确的极限状态值,能够用来较为准确的模拟粘结滑移的受力过程.     

复合材料筋混凝土的粘结滑移关系及锚固性能研究

复合材料(FR P)筋与混凝土的粘结滑移关系是两者之间粘结性能的综合反映。根据有关研究成果和钢筋混凝土原理,并基于19个对拉试件和9个拔出试件的试验结果,详细分析了FRP筋与混凝土间粘结应力的组成、粘结滑移关系及工作机理、粘结应力分布规律、粘结强度以及有关影响因素,旨在给工程中设计、应用和推广FRP筋混凝土结构提供一些帮助。     

FRP筋混凝土结构的研究现状分析

近年来,国内外就FRP筋自身的力学特性以及FRP筋混凝土结构的力学性能开展了大量研究。FRP筋耐久性能、FRP筋与混凝土的粘结机理、FRP筋混凝土梁和柱的受力性能、FRP筋混凝土柱和框架的抗震性能是目前研究的主要方向。现有研究表明:大部分受弯构件中使用FRP筋作为纵向受拉筋能充分发挥其抗拉性能,但结构易发生脆性破坏,现有规范的计算方法不适用于该类构件的计算;FRP筋替代钢筋作为柱中主要受力筋会导致抗压强度和延性不如普通钢筋混凝土柱;纤维改性混凝土能够显著提高FRP筋混凝土构件的延性,FRP筋和钢筋的混合配筋柱的抗震性能要明显优于FRP筋柱。下一步研究中,应建立可靠的FRP材料及构件的耐久性测试和评估方法;改善FRP筋与混凝土,尤其是改性混凝土之间的粘结性能;完善现行规范中FRP筋承载力计算方法;建立FRP筋构件抗震设计体系。     

FRP筋高韧性纤维混凝土复合结构抗震性能研究进展

高韧性纤维混凝土(ECC)具有优异的韧性、卓越的耗散能力及裂缝无害化分布的特点,在结构抗震中有极其优良的性能;FRP筋强度高,耐腐蚀性好。当两者结合起来使用时不仅克服了普通混凝土的不足,还能满足结构耐久性和特殊性能的要求。介绍了FRP筋与ECC之间的粘结工作机制,及其组成构件和结构的抗震性能。国内外研究表明,在抗震结构中使用FRP筋ECC构件,可以减少残余变形,提供相对大的弹性变形的能力。最后简要概述了针对FRP筋ECC复合结构抗震性能评价的综合性能指标法,提出了还需进一步研究完善的方向。     

玄武岩复合材料筋增强ECC受拉性能及裂缝控制机理

工程水泥基复合材料(ECC)因其高韧性和多缝开裂特性成为研究热点,纤维复合材料(FRP)因具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性好等优点而受到广泛关注。为研究玄武岩复合材料(BFRP)筋增强ECC(BFRP-ECC)的受拉性能以及筋材对基体的裂缝控制机理,考虑了基体类别和配筋率等因素,对ECC狗骨试件、BFRP-ECC和BFRP-砂浆薄板试件进行了单轴拉伸试验,同时借助数字图像相关法(DIC)技术获得了试件受拉过程中的全场应变和开裂状态,基于Richard的弹塑性应力应变公式提出了BFRP-ECC单轴受拉应力应变本构模型。结果表明：BFRP-ECC的极限拉应力随配筋率的增加而增大;ECC基体对复合材料的受拉性能增强效果优于砂浆基体,同时以ECC为基体的复合材料在裂缝间距和宽度控制上都明显优于以砂浆为基体的复合材料;BFRP筋能增加BFRP-ECC裂缝处的桥连应力,减小裂缝间距和宽度,增加裂缝数量。本文建立的BFRP-ECC单轴受拉应力应变本构模型与试验数据吻合良好,较好地反映了BFRP-ECC受拉应力应变关系。     

嵌入式复材筋加固混凝土桥面板工作性能研究

为了研究表面嵌入式(Near Surface Mounted,简称"NSM")纤维复合筋(FRP筋)加固钢筋混凝土面板的工作性能,对该加固桥面板结构进行试验研究,并通过改变加固筋材类型和加固方式分析其对面板加固效果的影响。通过分析试验结果发现,嵌入式加固能有效提高桥面板承载力,减少面板板底开裂程度和挠度,增强面板刚度,但由于侧向约束刚度的作用筋材类型变化的影响较小。为了深入研究该加固桥面工作机理,对试验模型进行有限元模拟,数值模拟结果与试验结果对比吻合良好。此后采用该数值模型进行参数分析,深入研究混凝土强度、侧向刚度、跨高比、FRP筋弹性模量、加固率、配筋率等结构参数变化对加固桥面板承载性能的影响。参数研究结果表明:侧向刚度和配筋率增加能提高桥面板承载力,但加固效果减弱;桥面板承载力随混凝土强度、加固率和FRP筋弹性模量的增加而提高,但弹性模量变化对桥面承载力提高幅度较小;跨高比增加,桥面板承载力减小,但加固面板承载力提高幅度增长。试验研究和数值分析的结果表明,工程加固时应根据加固面板结构自身材料强度、约束刚度和配筋率选用合理的FRP筋类型和加固率,充分发挥加固材料的作用。     

外贴FRP加固钢筋混凝土梁抗弯疲劳性能研究进展

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称"FRP")因其轻质、高强、抗疲劳性能好等优点被广泛用于加固工程中。在疲劳荷载作用下,外贴FRP加固钢筋混凝土梁中的各材料性能以及FRP-混凝土界面粘结性能不断劣化,既有损伤不断累积,从而大大降低了加固梁的使用安全性。本文从试验研究、数值模拟以及理论分析三方面对外贴FRP加固钢筋混凝土梁的抗弯疲劳性能研究进行了详细总结,并对FRP-混凝土粘结界面和锈蚀钢筋混凝土加固梁的疲劳性能进行了介绍,分析了现有研究中存在的不足,并为今后的研究方向提出一些建议。     

BFRP筋与分级粒径河砂ECC粘结滑移性能试验研究

通过玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋/高延性水泥基复合材料(ECC)的中心拉拔试验,分析了分级粒径ECC和BFRP筋表面形式及直径对BFRP筋/ECC粘结性能及粘结-滑移曲线的影响。结果表明,BFRP筋/ECC的破坏模式分为BFRP筋拔出破坏和BFRP筋拉伸破坏。选取BFRP筋/ECC粘结-滑移曲线中的残余波浪段各峰值应力点,采用拟合直线斜率的绝对值|k|表征ECC对BFRP筋横肋的磨损程度,当|k|值≥0.144时,BFRP筋横肋会被完全磨损,当|k|值＜0.144时,BFRP筋横肋会被磨损至与填充其凹陷的ECC齐平。BFRP筋/ECC的平均粘结强度随骨料粒径的变化并不显著,分级粒径ECC可使BFRP筋/ECC的平均粘结强度提高3.2%~9.6%,采用骨料粒径为0.15~0.3 mm的BFRP筋/ECC粘结性能最优。BFRP筋的直径越大,BFRP筋/ECC的平均粘结强度越小,BFRP筋直径为12 mm的BFRP筋/ECC平均粘结强度与BFRP筋直径为8 mm、10 mm的BFRP筋/ECC相比降低分别约8.2%、4.4%。采用浅螺纹BFRP筋的BFRP筋/ECC,平均粘结强度下降83.7%,但其整体粘结应力变化较为平稳,对ECC和BFRP筋的损伤程度均最小。减小BFRP筋直径、ECC骨料粒径,或BFRP筋/ECC自由端处BFRP筋的肋深,有助于提高BFRP筋/ECC的粘结性能及稳定性。     

芳纶纤维/AFR树脂复合材料界面粘结性能的研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,以未经任何表面处理的芳纶纤维作增强材料,制备了芳纶纤维/AFR复合材料。采用测定表面能、接触角、层间剪切强度、横向拉伸性能和扫描电镜观察形貌等方法,从宏观和微观等方面研究了芳纶纤维/AFR复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR树脂与芳纶纤维有相近的表面能,AFR树脂溶液与芳纶纤维的接触角为42.8°,而环氧树脂(EP)与芳纶纤维的接触角为68°,说明AFR树脂对芳纶纤维的润湿性优于EP树脂;芳纶/AFR复合材料的层间剪切强度、横向拉伸强度和纵向拉伸强度分别为74.64MPa、25.34MPa和2256MPa,比芳纶/EP复合材料的相应强度分别提高了28.7%、32.5%和13.4%,其复合材料破坏面的形貌也说明芳纶纤维与AFR树脂之间的界面粘结性能较好。     

不同纤维增强复合材料加固混凝土短柱轴心受压承载力试验研究

对70个混凝土短柱试件进行轴心受压试验,其中未加固素混凝土方柱和圆柱各5个,纤维增强复合材料外包约束素混凝土方柱、圆柱各30个。根据试验结果对比分析了CFRP、GFRP和BFRP对不同截面形状素混凝土短柱采用不同层数进行外包加固后对混凝土短柱轴压承载力的提高效果,并采用我国《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367—2013)和美国《FRP加固混凝土设计指导规范》(ACI 440.2R-17)中FRP外包加固混凝土柱承载力公式计算了加固试件的受压承载力设计值,通过对比试验结果,分析了中美规范中FRP加固柱承载力设计值的安全储备,并提出FRP加固混凝土规范的修订建议。     

冻融循环下纤维再生混凝土与BFRP筋粘结强度试验研究

为了研究纤维再生混凝土和BFRP筋间的粘结强度,本文通过54个试件中心拉拔试验,研究单掺玄武岩纤维、聚丙烯纤维、混杂玄武岩-聚丙烯纤维和冻融循环对再生混凝土与BFRP筋粘结强度的影响.结果表明:单掺玄武岩或是聚丙烯纤维都会不同程度地降低粘结强度,但降低效果不显著;掺入混杂纤维时,若体积掺量小于某一临界值,可以提高粘结强度,但掺量过多时,粘结强度降低;在冻融循环条件下由于冻融次数增加,混凝土会发生二次水化作用,导致极限粘结强度得到提高.