考虑位置函数的木材表面嵌筋粘结滑移本构关系

木材表面嵌筋加固是提升木结构构件力学性能的有效加固方法,木材与筋材之间良好的协同工作性能是保证其加固效果的基础,内嵌筋材与木材的粘结滑移本构关系是理论计算与有限元分析的重要依据。该文基于6组18个原木木材表面内嵌钢筋试件的拔出试验结果,首先分析计算试验中量测得到的钢筋应变以及钢筋相对于试件端部的滑移值,得到了局部粘结应力和相对滑移量沿锚固长度的分布曲线,由其分布规律可知局部粘结应力呈双峰状分布,相对滑移量分布与锚固长度相关;进而分析了不同位置处的粘结滑移曲线以及同一滑移值下的粘结应力分布曲线,可知不同应变测点处的粘结滑移曲线分布规律不同;之后采用归一化的方法给出了描述粘结滑移关系的位置函数,并讨论了钢筋直径以及锚固长度对位置函数分布的影响;最后建立了考虑位置函数的木材表面嵌筋粘结滑移本构关系。     

钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结-滑移本构关系研究

为研究钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结-滑移本构关系,主要考虑了不同钢筋锈蚀率、不同再生粗骨料取代率、不同再生混凝土强度等因素的影响,采用加速通电锈蚀以及钢筋开槽内贴片方法,完成23组钢筋再生混凝土试件粘结-滑移性能拉拔试验,获得了再生混凝土与不同锈蚀程度螺纹钢筋间的荷载-滑移曲线以及不同锚固位置处钢筋应变。通过实测结果及理论分析,计算得到不同锈蚀率下钢筋再生混凝土间粘结应力及滑移值沿锚固长度分布规律,分析了钢筋锈蚀前后与再生混凝土间粘结应力传递及粘结锚固位置函数差异的受力机理,提出了不同锈蚀率下反映实际粘结分布规律的粘结锚固位置函数模型,最后建立钢筋锈蚀后与再生混凝土间考虑粘结-滑移位置函数的粘结-滑移本构关系,为锈蚀后钢筋再生混凝土有限元分析提供参考依据。     

重复荷载下钢筋与混凝土粘结本构关系

重复荷载下粘结滑移本构关系是结构疲劳计算和有限元分析的基本关系之一。该文通过23 个试件静载和重复荷载下的拉拔试验对钢筋滑移量、粘结滑移基本关系、粘结应力形状函数、粘结疲劳破坏准则进行了全面深入的研究。首先根据加载端峰值滑移量和残余滑移量发展规律得出了计算公式;接着利用粘结滑移变化规律提出了考虑残余滑移、应力水平和循环荷载次数的幂函数形式粘结本构关系;运用沿钢筋埋长范围内应变变化得出了疲劳破坏三阶段粘结应力形状函数;最后基于重复荷载下发生粘结疲劳破坏的条件是滑移量增加到静载下的最大滑移量的基本准则,理论推导了粘结疲劳寿命方程。研究表明:当粘结疲劳没有发生时,重复荷载下极限粘结强度及最大滑移量并不受重复次数的影响。研究结果为理论分析重复荷载下受弯构件裂缝宽度、锚固长度、刚度、塑性铰转动问题等提供了依据和方便。     

钢筋与混凝土粘结界面局部断裂能的确定

钢筋与混凝土界面断裂能是一个重要的参数,其决定界面的粘结滑移大小及界面发生粘结破坏后裂缝的扩展程度。以往确定钢筋与混凝土界面粘结滑移本构关系的试验中,测得的滑移量过大,使得得到的界面断裂能值偏高,与实际情况不符。但通过现有的试验手段很难较为准确地得到界面局部粘结滑移本构关系。鉴于此,该文采用理论与试验相结合的方法确定钢筋与混凝土粘结界面局部断裂能的大小。针对直径为18 mm的光圆钢筋与混凝土粘结锚固试件,利用PVC管设置不同非粘结段长度作为界面的初始缝长。通过钢筋从混凝土中的拔出试验测得不同初始缝长对应的钢筋极限抗拔力。利用界面的变形协调条件和力的平衡条件,得到了不同加载阶段钢筋拉应力与界面粘结应力沿粘结长度方向的分布表达式,进而求得钢筋的极限抗拔力。结果表明,该极限抗拔力大小取决于界面的粘结强度、残余摩擦应力和初始裂缝尖端区域的局部断裂能大小。通过钢筋极限抗拔力的理论与试验结果的比较,得到了界面局部断裂能与界面初始缝长之间的关系。进而确定了局部断裂能沿钢筋粘结长度方向的分布模型,并得到了无尺寸效应的界面断裂能大小为25 N/m。。     

CFRP筋在RPC中锚固性能的理论分析及试验研究

静载试验详细研究了碳纤维增强塑料CFRP筋在活性粉末混凝土RPC的锚固性能。试验结果表明:对于抗拉强度不大于3000MPa的表面压纹CFRP筋在抗压强度130MPa的RPC中的临界锚固长度为20倍CFRP筋直径;多根压纹CFRP筋的合理筋间距为1倍CFRP筋直径。平均粘结强度及其对应滑移量的公式具有较好的适用性。平均粘结应力与滑移之间的预测曲线与试验曲线吻合较好,验证了提出的粘结滑移本构关系。理论推导了锚固变量沿锚固长度分布的表达式,算例验证了有效性。分析表明:距离自由端约为0.6倍锚固长度位置处的粘结应力等于平均粘结应力。对于压纹CFRP筋,当锚长≤12.5倍筋材直径时,粘结应力沿埋长分布较为均匀,其不均匀性系数在1.02―1.05之间;当埋长>12.5倍且≤20倍筋材直径时,粘结应力沿埋长分布较为不均匀,其不均匀性系数在1.05―1.14之间。     

塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋粘结锚固试验研究

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析钢筋直径、相对锚固长度（l_a/d）及混凝土相对保护层厚度（c/d）对塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋间粘结性能的影响,得出不同钢筋直径、锚固长度及相对保护层厚度对试件粘结锚固性能的影响规律,并提出塑钢纤维轻骨料混凝土钢筋锚固长度计算公式。试验结果表明:随钢筋直径的增大,试件粘结刚度增强,极限粘结强度先提高后降低;增加钢筋锚固长度会降低试件极限平均粘结强度,同时极限粘结强度对应钢筋自由端滑移量减小,试件粘结韧性则随锚固长度的增加而减小;混凝土相对保护层厚度增加会使试件极限粘结强度先提高然后趋于平稳。根据试验结果得到的钢筋锚固长度计算公式与规范给出的计算公式进行比较,从极限粘结强度的角度看,规范中的钢筋锚固长度计算公式偏于保守。     

钢筋混凝土粘滑移本构关系的简化模型

本文通过试验探讨了钢筋－混凝土粘结应力与滑移的关系，得出了粘结滑移的位置函数，并提出了粘结滑移本构关系的简化模型。本文可作为钢筋混凝土有限元分析的依据。     

型钢高延性水泥基材料粘结性能试验研究与有限元分析

为了研究型钢与高延性水泥基材料(ECC)界面粘结滑移性能,对型钢ECC试件进行推出试验,分析PVA纤维掺量、横向箍筋配箍率、ECC保护层厚度及型钢锚固长度对型钢ECC试件破坏形态、荷载-滑移曲线及粘结应力的影响,提出粘结应力沿型钢锚固长度分布规律,研究表明:PVA纤维掺量和ECC保护层厚度对型钢ECC粘结应力影响较大,粘结应力最大值出现在靠近加载端的位置,随着荷载增大,等效粘结应力也相应增大。根据试验结果,建立不同状态下型钢ECC粘结应力计算表达式,提出粘结应力-滑移本构关系。在此基础上,利用非线性弹簧考虑型钢与ECC界面间的粘结性能,建立型钢ECC推出试件的有限元模型,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,结果表明,该文提出的有限元模拟方法能够准确地分析型钢ECC的粘结滑移性能。     

考虑位置函数的胶合木植筋粘结-滑移关系研究

胶合植筋技术是一种新型的木结构连接技术,具有承载力高、刚度大、美观且防火效果好等优点,已被成功应用于木结构建筑及桥梁领域。木结构植筋与混凝土植筋类似,涉及到3种材料、2个界面,木材-植筋之间的粘结属多重介质间的粘结问题。木结构植筋节点是否具备良好的结构性能,除了各材料的基本性能有保证外,另外就是界面是否具备良好的粘结性能。该文基于三折线粘结-滑移关系模型,推导了植筋应力、界面粘结应力及相对滑移沿锚固长度分布的解析解,并与试验结果对比,结果表明,理论值与试验值吻合良好。通过实测加载过程中植筋内部的应变及加载端植筋与木材之间的相对滑移,研究了植筋-木材之间的粘结应力及相对滑移沿锚固长度的分布规律,最终建立了考虑位置函数的胶合木植筋粘结滑移关系。     

PVA纤维水泥基复合材料与钢筋粘结性能研究

PVA纤维水泥基复合材料与钢筋之间的粘结性能,是二者安全、稳定、耐久工作的前提和保证。通过中心拉拔实验,探讨了PVA纤维水泥基复合材料和钢筋粘结滑移研究中影响因素及本构关系问题,测试得到了粘结滑移曲线,通过对加载到破坏全过程的受力分析及基材中纤维的特性分析,在已有模型的基础上,根据振动阻尼的理论提出一种新的粘结-滑移本构关系模型。并与实验结果和已有模型比较。新构建的粘结-滑移本构关系能较好地反映PVA纤维水泥基复合材料和钢筋的受力全过程,与实验结果比较吻合。可为PVA纤维水泥基复合材料与钢筋性能的非线性有限元法分析提供参考和依据;为有关规程的修订提供了依据。     

纳米二氧化硅改性超高韧性水泥基复合材料冲击压缩试验研究

该文采用Ф80 mm的分离式霍普金森压杆装置,研究了纳米改性后的UHTCC（ultra high toughness cementitious composites）在高速冲击压缩应力状态下的力学响应,并与常规UHTCC材料、钢纤维混凝土进行了对比。试验得到了各组材料在准静态和动态共计4组应变率（2.36×10-5 s-1、120 s-1、160 s-1、200 s-1）下的准静态压缩强度及冲击压缩应力-应变曲线,并计算了各组试件的耗能能力。为了进一步优化材料的抗冲击性能,该文还研究了纳米改性后的UHTCC基体中钢纤维和PVA纤维的混杂效果。试验结果表明:5组材料均具有应变率敏感性,峰值应力和耗能能力随着应变率的增大而上升;经过纳米改性后的UHTCC材料冲击压缩力学强度及耗能能力明显提高;在冲击荷载下,钢纤维和PVA纤维产生正混杂效应,提高钢纤维掺量可以强化UHTCC的抗冲击能力;应变率的大小和钢纤维的掺量之间的关系影响了动态峰值应力的提升。     

A design concept with the use of RUHTCC beam to improve crack control and durability of concrete structures

Aiming at design issues of strictly anti-cracking structures or aseismic design in crucial locations of structures when using ultra high toughness cementitious composite (UHTCC), investigations on flexural behavior of reinforced ultra high toughness cementitious composite (RUHTCC) members are carried out due to excellent crack dispersion and strain energy absorption abilities of UHTCC. According to elastic theory, a calculation model of strain-hardening composites flexural members including theoretical calculation of moment, deflection and curvature, as well as critical reinforcement ratio is proposed in detail. Then experiment on RUHTCC beams without web reinforcement is performed to verify theoretical equations. For RUHTCC beams, there is a good agreement between test results and theoretical calculation. The safe calculated ductility indices can be used to predict ductility of structures. Compared with reinforced concrete beams, UHTCC delays yielding of reinforcements and improves load bearing capacity and ductility of structures, then steel reinforcement is saved; low reinforcement ratio is propitious to exert advantages of UHTCC. Under service load conditions, crack width in RUHTCC beams is limited to 0.05 mm and can be considered without negative influence on durability. Durability of structures will be significantly improved by using UHTCC instead of concrete.     

UHTCC单轴受压韧性的试验测定与评价指标

韧性指标是评价超高韧性水泥基复合材料(简称UHTCC)独特力学性能的重要指标。对比各国关于钢纤维混凝土弯曲韧性的测定与评价标准,该文以美国ASTMC1018标准、德国纤维混凝土标准和奥地利喷射混凝土标准为基础,分别采用等效抗压强度feq,n和开裂后的变形能Anp、韧性等级、评价纤维增韧作用的相对韧性指标RT1和评价UHTCC峰值后韧性的相对韧性指标RT2,从不同的角度详细定量地评价UHTCC的受压韧性性能。通过对棱柱体抗压强度在33MPa―52MPa之间的6组不同抗压强度的UHTCC进行单轴抗压试验表明,随着棱柱体抗压强度的增加,UHTCC开裂后所吸收的变形能和等效抗压强度增加;相对韧性指标计算结果表明添加体积分数为2%的PVA纤维使UHTCC的韧性性能达到相应基体韧性性能的2.6倍―3.8倍;使UHTCC峰值后的韧性性能达到峰值前的1.7倍―2.2倍,并证明纤维的作用主要体现在基体开裂后的韧性提高上;UHTCC的受压韧性等级主要在一级和二级之间。各组韧性指标均证明UHTCC具有较高的受压韧性性能和塑性变形能力,以及开裂后的高荷载承受能力。     

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)梁弯曲性能影响的几何参数分析

具有超高韧性新型随机PVA短纤维增强的水泥基复合材料(UHTCC)代替传统的具有准脆性应力软化特征的混凝土或纤维混凝土材料制作的钢筋(RUHTCC)受弯梁,可提高承载力,改善构件的延性,并具有良好的损伤演变能力,被认为是一种抗震性能较好的新型构件形式。除了配筋率和UHTCC拉压材料性能外,截面几何尺寸是影响其弯曲性能的一个重要因素。基于受弯理论分析和试验验证,采用该理论公式对截面几何尺寸(截面高度、宽度以及面积)的影响规律进行了系列分析。结果发现:对承载力,梁高度比宽度影响明显,而对承载力提高幅度和变形而言,随梁高的增加而减小,梁宽没有影响;对裂缝控制来说,只要梁下边缘的极限拉应变小于UHTCC材料的极限拉应变,截面尺寸的变化几乎不影响裂缝宽度的大小。并进一步针对RUHTCC梁的受弯设计提出了一些设计建议。     

型钢UHTCC短柱的抗震性能研究

将具有良好控裂耗能能力和抗剥落性能的水泥基材料UHTCC应用于型钢混凝土SRC短柱,制作并完成了7个型钢-UHTCC(SUHTCC)短柱和1个SRC对比短柱的拟静力试验。试验主要变量为：配箍率、轴压比和翼缘栓钉布置。结果表明：UHTCC的使用可有效避免SRC短柱粘结裂缝的滋生,减缓剪切主裂缝的扩展,能够将SRC短柱的脆性剪切粘结混合破坏模式转变为延性较好的剪切破坏模式,大幅提升短柱的震后完整性;对SUHTCC短柱,增大配箍率对承载力几乎没有影响,但需确保箍筋最大间距以延缓粘结破坏,高配箍率的试件能显示出较好的峰后滞回曲线,具有较高的极限变形和耗能;轴压比对抗震破坏形态和力学性能影响较小,高轴压比下依然拥有较高的大变形能力和良好的抗震耗能;与型钢翼缘没有布置栓钉的SUHTCC试件相比,布置栓钉的SUHTCC短柱表现出更为饱满的峰前抗震滞回曲线,对峰前行为的影响较为显著,但峰后破坏加快导致延性降低。最后采用3种不同规范对SUHTCC短柱受剪承载力进行了预测,初步验证了现行JGJ138-2016规范受剪承载力计算公式的适用性,并对SUHTCC短柱的剪切变形进行了定量分析,讨论了各参数对剪切变...     

超高韧性水泥基复合材料多次冲击压缩性能及本构关系

利用直径80 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统进行了超高韧性水泥基复合材料(ultra high toughness cementitious composites,UHTCC)在多次冲击压缩荷载下力学性能的研究,分析了试件的应力-应变曲线随冲击次数的演化规律, 并与其他纤维增强混凝土进行对比。试验结果表明:在多次冲击荷载作用下由于损伤的累积导致加载应变率随冲击次数增加而大致呈指数递增,UHTCC的峰值强度随应变率增大而近似线性递减,峰值应变和累积吸能值逐渐增加,单次吸能值随冲击次数的增加呈先增后减的变化趋势。通过对本构模型进行探讨后发现,热激活损伤演化(TADE)模型能较好地描述UHTCC在首次冲击下的力学响应,但无法反映其在多次冲击下力学性能的演化规律;基于Weibull分布的损伤演化模型能够较好地描述UHTCC在多次冲击下的累积损伤演化规律及应力-应变曲线,在经历3次冲击作用后根据损伤程度的计算可认为试样已完全破坏,但此时试样通过PVA纤维的桥连作用仍能保持为整体,具有良好的抗破碎性。     

镁水泥混凝土中钢筋的电化学腐蚀研究

为解决分布在西部盐湖地区出现的煤矿矿区钢材腐蚀问题,结合煤矿矿区实际环境,采用实验、理论分析等方法研究了镁水泥混凝土中钢筋的腐蚀.采用CS350电化学工作站,研究镁水泥混凝土中钢筋的电化学腐蚀,结合SEM微观实验和EDS元素扫描结果,对镁水泥混凝土中裸露钢筋腐蚀状况进行描述.研究表明:美加力涂层钢筋状态良好,未出现腐蚀状态;锌美特涂层钢筋出现了低腐蚀现象;而裸露钢筋表面出现了严重腐蚀.钢筋涂层防腐蚀性美加力涂层较好,锌美特涂层次之;涂层钢筋虽然防腐效果不同,但对裸露钢筋的防腐蚀性能有明显有利影响.     

超高韧性水泥基复合材料的层裂试验研究

层裂是材料遭受冲击、爆炸等高速荷载时的一种常见破坏方式。该文利用直径80 mm的霍普金森杆实验装置,研究了超高韧性水泥基复合材料UHTCC （Ultra High Toughness Cementitious Composites）中应力波的传播特性和材料的层裂强度。通过在试件表面粘贴5组应变片,获得了在0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa打击气压下,UHTCC中应力波的传播曲线。利用高速摄影机记录层裂试验,观测了UHTCC的层裂破坏过程。由试件表面应变片测得的应力波曲线,计算了材料中的应力波波速、动态弹性模量,分析了应力波在该材料中传播的衰减规律,并计算出不同打击气压下材料的层裂强度及应变率。试验结果显示: UHTCC的层裂过程相比混凝土具有更多的韧性特征; UHTCC中的应力波峰值在0 mm~500 mm范围内衰减迅速;在同等应变率下,UHTCC与静态抗拉强度相近的混凝土相比,层裂强度高出10 MPa左右,且UHTCC的层裂强度具有明显的应变率敏感性。     

钢筋钢丝网砂浆加固混凝土圆柱的抗轴压性能

为大幅度提高加固效率,提出用钢筋钢丝网砂浆加固混凝土圆柱的思路。分别用钢筋钢丝网(SW)、钢筋网(S)、单一纤维复合材料(FRP)和混杂纤维复合材料(HFRP)加固混凝土圆柱共36根,进行轴压对比试验,探讨不同加固方法对试件承载能力和延性的影响。结果显示:SW加固柱保护层砂浆剥落与内部核心混凝土破坏几乎同时发生;且保护层砂浆裂缝间距基本与钢丝网格间距相等(11mm左右),因而裂缝又多又密;故SW加固柱与S加固柱相比,在承载力提高30%的前提下,延性仍达S加固柱的2倍左右。FRP或HFRP加固柱的承载力提高幅度最大,但两种加固柱的延性和变形能力明显低于SW加固柱。该文给出了SW加固混凝土圆柱的极限承载力计算公式。     

Evaluation of bond quality at the interface between steel bar and concrete using the small-dimension break-off test

This paper investigates the feasibility of using the small-dimension break-off test for evaluation of the bond quality at the interface between steel bar and concrete. Experimental studies were performed on bar-type concrete specimens and reinforced concrete beams. Twelve bar-type concrete specimens containing plain and deformed steel bars with different diameters were used to develop the relationship between the break-off moment and the adhesive strength at the steel bar/concrete interface. Subsequently, three reinforced concrete beams containing normal reinforcing bars, epoxy-coated reinforcing bars, and bars smeared with oil to simulate various adhesive conditions at the bar/concrete interface were used to study how the break-off moment and the bond strength were affected by the different adhesive conditions. In addition, two beam specimens containing normal reinforcing bars were vibrated severely on a self-made shaking table shortly after initial setting of concrete to simulate the bond damage in fresh reinforced concrete beams due to unexpected vibration or impact. Experimental results show that the effective break-off moment has a good correlation with the adhesive strength at the interface between steel bar and concrete. The break-off moment increases with an increase in bond strength. It is demonstrated that the small-dimension break-off test is capable of evaluating damage at the steel bar/concrete interface.