BFRP筋碱激发混凝土粘结性能试验研究与数值模拟

玄武岩纤维增强复合筋(BFRP筋)碱激发混凝土为海洋环境下混凝土的耐久性提供安全保障。在其中心拉拔试验的基础上,采用分离式模型,运用ABAQUS有限元软件进行粘结滑移性能数值模拟与分析。通过试验数据,得出适用于BFRP筋碱激发混凝土的粘结滑移本构模型以及碱激发混凝土的塑性损伤模型,构建了基于非线性弹簧单元的数值模型,试验结果与计算结果吻合程度较好,验证了模型的准确性。试验与模拟结果表明:粘结长度为2.5d、5d(d为BFRP筋直径)的试件均发生筋材拔出破坏,粘结长度为10d的试件均发生劈裂破坏;BFRP筋与碱激发混凝土之间的粘结应力分布并不均匀,随着粘结长度和筋材直径的增大,极限粘结强度逐渐减小;当BFRP筋直径d=12 mm,粘结长度为2.5d、5d和10d的碱激发混凝土试块极限粘结强度分别为13.92 MPa、13.56 MPa和12.60 MPa,较相同粘结长度的普通混凝土试件,其极限粘结强度分别提高6.58%、10.97%和9.76%。     

BFRP侧向约束对GFRP带肋筋与混凝土粘结性能的影响

为考察BFRP侧向约束对GFRP带肋筋与混凝土粘结性能的影响,对36个GFRP筋混凝土拉拔试件进行试验研究,主要试验参数为BFRP侧向约束层数(0层、1层、2层和3层)和混凝土相对保护层厚度c/d(1.6、2.2和3.0)。试验结果表明:BFRP侧向约束使拉拔试件的破坏模式由混凝土劈裂破坏转为GFRP带肋筋的拔出破坏;试件的粘结强度和达到粘结强度所对应的滑移量、侧向约束应力会随BFRP侧向约束层数的增加而增大;相同BFRP侧向约束层数下,相对粘结强度随着c/d的增大而增大,但达到粘结强度所对应的侧向约束应力却随c/d的增大呈指数减小;相对粘结强度增加量随着达到粘结强度时侧向约束应力的增加呈对数增加。     

BFRP筋与玄武岩纤维再生混凝土粘结性能

为了研究玄武岩纤维再生混凝土与BFRP筋的粘结性能,通过42个试件的中心拉拔试验,研究再生粗骨料取代率、BFRP筋的直径以及筋材的表面特征对其的影响。试验结果表明:随着再生骨料取代率的增加,峰值极限粘结应力逐渐降低,峰值滑移量呈现先减小后增大的趋势;随着BFRP筋直径的增大,粘结应力逐渐增大,与峰值粘结应力对应的峰值滑移量逐渐增大,但整体的变化范围很小;筋材的表面状况对玄武岩纤维再生混凝土与BFRP筋的粘结性能影响很大。分别采用改进BPE模型、CMR模型及连续曲线模型的计算值与实验值比较分析其极限粘结应力,依据试验结果采用非线性回归分析得出粘结-滑移本构关系模型,该模型的计算值与实验值吻合较好。     

GFRP筋与再生混凝土粘结性能试验研究

为了系统研究GFRP直径、再生混凝土粗骨料取代率、立方体抗压强度及劈裂强度四因素对GFRP筋再生混凝土间粘结性能的影响,按照CSA标准设计制作了12组标准粘结试验并进行抗拔试验。试验结果表明,再生混凝土粗骨料取代天然骨料对粘结破坏形态影响不大,破坏形态以拔出破坏为主;但平均粘结强度随着再生混凝土粗骨料取代率的增大而下降;立方体抗压强度、劈裂强度两者对平均粘结强度的影响较为相似,均显示出随强度下降而下降的趋势;由于剪力滞后的影响,平均粘结强度随GFRP筋直径的增大而下降。     

冻融循环作用下嵌入式BFRP筋与混凝土粘结性能研究

为探究高寒地区冻融循环作用对嵌入式FRP加固混凝土界面粘结耐久性能的影响,针对玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋嵌入式加固混凝土结构,通过采用环氧树脂胶(EP)和高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)作为粘结材料的嵌入式FRP筋-从混凝土中拉拔试验,分析冻融循环作用下嵌入式FRP-混凝土相邻层之间的破坏模式和粘结退化机理,研究冻融循环次数、粘结材料、混凝土基体性能对粘结性能的影响。结果表明:不同侵蚀条件下试件破坏模式基本表现为胶基体与混凝土剪切破坏、胶基体劈裂破坏、毗邻混凝土-胶界面混凝土薄层剪切破坏、ECC基体与混凝土剪切破坏、FRP与ECC界面粘结破坏五种破坏模式,试件的极限粘结承载力随着循环次数的增加而呈不同程度的下降,50次循环内对试件粘结性能的影响较小,ECC试件相比环氧树脂胶试件,粘结承载力低,但表现出良好的延性。     

BFRP筋与蒸养混凝土粘结性能研究

为研究BFRP筋与混凝土粘结性能,将BFRP筋混凝土试件蒸养8h后再各标养3d及28d,对试件进行中心拉拔试验。研究不同龄期试件破坏形态及试件粘结强度随混凝土强度和粘结长度变化的规律,利用1st Opt软件对试件粘结强度与影响因素关系进行二次非线性曲面拟合。结果表明,试件主要破坏形态为BFRP筋拔出和混凝土劈拉破坏;与粘结长度相比,混凝土强度对不同龄期试件的粘结强度影响较显著,C40比C25增幅达29.1%,17.5d比7.5d降幅达21.4%;1st Opt软件拟合的粘结强度公式为确定不同混凝土强度、不同粘结长度下试件不同龄期的粘结强度值提供理论依据。     

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土黏结性能的梁式试验研究

设计制作了14个玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）混凝土梁式试件和2个钢筋混凝土梁式试件,通过梁式试验分析了影响BFRP筋混凝土黏结性能的主要因素。结果表明,（1）BFRP筋的受力过程可分为微滑移段、正常滑移段、加速滑移段和下降段;（2）当BFRP筋的锚固长度相同时,随着混凝土强度的提高,黏结强度随之增大;（3）当混凝土强度相同时,随着BFRP筋锚固长度的增加,黏结强度明显减小,并且试件的破坏模式也发生了改变;（4）BFRP筋直径的大小对黏结强度的影响不明显;（5）当筋直径、锚固长度和混凝土强度相同时,BFRP筋混凝土的黏结强度与钢筋混凝土基本相当;（6）BFRP筋的外形对BFRP筋混凝土的黏结性能有着较大的影响。     

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。     

不同外形GFRP变形筋的粘结性能试验比较

GFRP变形筋的外形是影响GFRP筋与混凝土粘结性能的重要因素。本文利用拔出试验研究8种不同外形的GFRP变形筋与混凝土之间的粘结性能,比较了不同外形的GFRP变形筋的粘结强度。试验结果表明,GFRP变形筋的粘结强度较高,最佳肋间距不应超过直径的2.5倍,肋高度应不小于直径的3%。     

碱溶液、紫外线及其交叉环境下BFRP筋耐久性能试验研究

为研究直径和腐蚀环境对BFRP筋拉伸力学性能影响,开展了三种直径(6 mm、8 mm、10 mm)BFRP筋试件在自然环境、碱溶液环境(pH=10)、紫外线照射环境(辐照度为550W/m~2)及两种腐蚀环境交叉作用下拉伸试验,采用扫描电子显微镜(SEM)对BFRP筋拉伸断裂进行了分析,并对试验结果进行了研究。主要结论如下:三种不同环境作用下,随着腐蚀时间延长,BFRP筋抗拉强度减小且强度退化率逐渐下降,BFRP筋弹性模量上下波动均不超过5%,且无明显规律,断裂伸长率变化趋势与拉伸强度基本相同;紫外线环境下BFRP筋抗拉强度有退化和不完全恢复现象;交叉环境下直径分别为6 mm和8 mm BFRP筋抗拉强度也有退化和不完全恢复现象,10 mm BFRP筋则没有。基于本文所定义的耐久性衰减速率,对直径分别为6mm和8 mm BFRP筋耐久性的影响,碱环境最大,交叉环境居中,紫外线环境最小;对10 mm BFRP筋耐久性的影响,交叉环境最大,碱环境居中,紫外线环境最小。三种不同环境作用下,直径为6 mm BFRP筋耐久性衰减平均速率均最大,直径为10 mm的测试结果均最小。     

BFRP筋轴心受压力学性能试验研究

为详细考察玄武岩纤维增强复合筋(BFRP)的轴心受压力学性能,设计制作了36个受压试件,测试BFRP筋的受压破坏模式、抗压强度、压缩弹性模量、压缩变形率,研究直径、长细比、破坏模式对BFRP筋受压力学性能的影响.试验结果表明,BFRP筋的受压破坏模式分为剪切、胀裂、失稳三种,以剪切破坏为主;受压应力—应变关系为线弹性,...     

锈蚀钢筋混凝土黏结性能及本构关系的试验研究

通过电化学加速锈蚀方法,获得了不同锈蚀率下(0 ～4.84％)高强钢筋与混凝土的黏结-滑移曲线.分析了钢筋锈蚀率对钢筋与混凝土之间黏结强度、黏结刚度的影响.结果表明:钢筋锈蚀率较低时(≤2.22％),黏结强度、黏结刚度均随锈蚀率的增长而增强;当钢筋锈蚀率超过3.46％时,试件出现锈胀裂纹,黏结强度、黏结刚度出现明显衰退;基于试验结果,建立了高强钢筋锈蚀后与混凝土间黏结-滑移本构方程,可用于对锈蚀钢筋混凝土结构的有限元分析提供参考.     

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯破坏形态有限元分析

设计并制作了3根新型的玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）增强混凝土梁,并对其进行三分点加载试验和有限元分析。结果表明,BFRP筋混凝土梁的受弯破坏形态有别于传统的钢筋混凝土梁,其破坏截面均位于加载点附近。梁内的销栓作用对BFRP筋的受力非常不利;较大的裂缝宽度不仅会影响到BFRP筋混凝土梁的正常使用,还会影响到梁的受弯破坏形态;BFRP筋突出的表面变形特征、较低的横向抗剪强度和弹性模量等对上述破坏形态的发生有着重要影响;加载点处BFRP筋混凝土较为严重的局部黏结破坏、较大的销栓作用、应力集中效应和较大的裂缝宽度等使BFRP筋处于复杂的不利受力状态,这是造成上述破坏形态的主要原因。     

Experimental study on bond strength of fiber reinforced polymer rebars in normal strength concrete

The bond behavior of reinforcing bars is an important issue in the design of reinforced concrete structures and the use of fiber reinforced polymer (FRP) rebars is a promising solution to handle the problems of steel reinforcement corrosion. This study investigates the bond characteristics of carbon and aramid FRP (CFRP and AFRP) bars embedded in normal strength concrete. A pullout test was performed on 63 normal strength concrete specimens reinforced with FRP and steel rebars with different embedment lengths and bar diameters. The average bond stress versus slip curve is plotted for all specimens and their failure modes are identified. The effects of the embedment length and diameter of an FRP rebar on its bond strength are examined in this work. The bond strengths obtained from the test results are compared with the predictions by the bond strength equation proposed by Okelo and Yuan (2005), and its validity is evaluated.     

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。     

玄武岩纤维布与木材粘结-滑移本构关系的试验研究

FRP-木材界面的粘结滑移关系是外贴纤维增强聚合物加固木结构受力分析的基础.对18块贴玄武岩纤维布试件的粘结性能进行试验研究,考察了贴布层数和BFRP粘结长度对粘结性能的影响,分析了BFRP应变和局部粘结剪应力发展及分布规律,计算得到局部粘结应力.滑移关系曲线.通过对试验结果的统计回归分析,基于Popovics模型提出了福杉顺纹方向的局部粘结应力-滑移本构关系模型,该模型与试验结果吻合较好,对于实际加固工程应用和相应规范的完善具有参考价值.