纤维增强复合筋与混凝土黏结性能试验及黏结-滑移本构关系模型

对30个纤维增强复合材料(FRP)筋-混凝土黏结试件进行了拉拔试验,研究了FRP筋类型、直径、黏结长度与混凝土强度等级对界面黏结性能的影响。在试验研究基础上,建立了预测界面黏结强度和黏结剪应力-滑移本构关系模型,并与试验结果进行了比较分析。试验结果表明,破坏模式为FRP筋滑移拔出或者FRP筋断裂。4个试验变量中FRP筋类型对界面黏结强度影响最为显著。计算结果表明,建立的预测模型与试验值吻合较好,可以有效地预测FRP筋与混凝土界面的黏结强度和黏结剪应力-滑移关系曲线。     

表层嵌贴FRP-混凝土黏结加固研究进展

表层嵌贴FRP修复加固混凝土结构是一种富有前景的新型技术,目前该技术领域的研究主要集中在黏结机理和抗弯加固两方面。论述表层嵌贴FRP-混凝土的试验方法、主要控制参数、破坏模式、黏结机理、界面黏结滑移本构关系等。最后,对目前国内外表层嵌贴FRP-混凝土黏结性能的研究现状进行探讨,希望为表层嵌贴FRP加固技术的进一步研究发展提供方向。     

FRP片材加固混凝土结构黏结界面损伤分析

FRP(纤维增强复合材料)片材与混凝土界面的黏结性能是黏贴FRP片材加同混凝土结构中的关键问题.从损伤力学的角度出发,定义了FRP片材加固混凝土结构黏结滑移中的损伤变量,建立了界面黏结滑移的损伤模型,推导了损伤-滑移本构方程,分析了FRP加固混凝土结构黏结滑移破坏的损伤机理.     

FRP板-混凝土湿黏结界面性能的试验研究与数值模拟

在FRP板与现浇混凝土界面(简称湿黏结界面)黏结性能拉伸双面剪切试验基础上,通过对试验得到的FRP应变进行差分运算,得到黏结剪应力与滑移量,并在现有理论模型的基础上提出湿黏结界面剪应力-滑移本构关系。在此基础上,采用ANSYS有限元软件对FRP板-混凝土湿黏结界面性能进行了数值模拟,通过设置弹簧单元模拟湿黏结界面的整体受力性能,并将分析结果与试验数据进行比较。结果表明:湿黏结和干黏结界面的有效黏结长度几乎相同。试验测得的湿黏结界面的平均剪切黏结强度约为干黏结平均剪切黏结强度的1/2～2/3倍,而有限元分析结果为0.6倍;试验测得的湿黏结的断裂能仅为干黏结断裂能的0.3～0.45倍之间,而有限元分析结果为0.4倍。可见,所提出的基于有限元的数值模拟方法能够较好地模拟湿黏结界面的力学性能。     

喷射FRP-混凝土界面的黏结滑移模型研究

为研究喷射FRP-混凝土界面黏结滑移关系,对5个试件进行了双面剪切试验以及数值模拟,分析其界面破坏模式、界面受剪承载力、加载端荷载滑移曲线、界面黏结滑移关系等力学性能指标,并对纤维体积率、喷射FRP厚度等影响因素展开了研究。最后在试验和数值模拟的基础上,建立了喷射FRP-混凝土界面黏结滑移本构模型,并将模型计算结果与试验结果进行对比。研究表明：纤维体积率和喷射FRP厚度对界面黏结性能影响较大;论文所建的界面有限元模型可较为准确地模拟喷射FRP-混凝土界面的黏结力学性能;提出的指数型理论计算模型具有较高的准确度及一定的安全裕度,可用于实际工程中分析喷射FRP-混凝土界面黏结力学性能。论文研究成果可为喷射FRP加固技术的应用推广提供理论基础。     

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结滑移性能及本构关系

为了研究钢筋与再生混凝土在不同冻融循环次数下的黏结滑移性能,通过对5组共75个试件进行中心拉拔试验,以保护层厚度、钢筋锚固长度、混凝土类型为变量,建立考虑位置函数的黏结滑移本构关系,并通过ANSYS有限元分析软件对再生混凝土黏结性能进行数值模拟.结果 表明:冻融后钢筋与再生混凝土的黏结性能略低于普通混凝土;相同冻融循环次数下,保护层厚度越大,钢筋锚固长度越短,则黏结强度和平均黏结刚度越大,峰值滑移量越小,其中保护层厚度对再生混凝土的黏结性能影响最大;冻融循环次数的增加,使得黏结应力加速向自由端传递,经历100次冻融循环后,自由端黏结应力峰值超过加载端.通过试验分析,获得了试件的黏结应力和滑移量沿锚固长度分布规律,并建立了考虑位置函数的钢筋与再生混凝土的黏结-滑移本构关系.     

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结滑移性能及本构关系

为了研究钢筋与再生混凝土在不同冻融循环次数下的黏结滑移性能,通过对5组共75个试件进行中心拉拔试验,以保护层厚度、钢筋锚固长度、混凝土类型为变量,建立考虑位置函数的黏结滑移本构关系,并通过ANSYS有限元分析软件对再生混凝土黏结性能进行数值模拟.结果 表明:冻融后钢筋与再生混凝土的黏结性能略低于普通混凝土;相同冻融循环次数下,保护层厚度越大,钢筋锚固长度越短,则黏结强度和平均黏结刚度越大,峰值滑移量越小,其中保护层厚度对再生混凝土的黏结性能影响最大;冻融循环次数的增加,使得黏结应力加速向自由端传递,经历100次冻融循环后,自由端黏结应力峰值超过加载端.通过试验分析,获得了试件的黏结应力和滑移量沿锚固长度分布规律,并建立了考虑位置函数的钢筋与再生混凝土的黏结-滑移本构关系.     

盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面的黏结性能,对27个内嵌FRP筋加固混凝土试件进行盐腐蚀后的单端拉拔试验,分析试件的受力过程和破坏模式,研究内嵌FRP筋黏结长度、腐蚀时间和FRP筋类型对界面黏结性能的影响。结果表明：盐腐蚀的试件破坏模式分为结构胶劈裂、FRP筋拉断和结构胶劈裂且FRP筋弯折等3种,且以结构胶劈裂破坏为主。盐腐蚀环境下内嵌FRP筋混凝土试件的黏结应力与黏结长度、破坏模式与腐蚀时间有关。盐腐蚀环境会影响混凝土、黏结材料及FRP筋的力学性能,加剧黏结界面失效破坏。腐蚀时间为30 d和90 d的内嵌BFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力高于内嵌GFRP筋加固混凝土试件的,腐蚀时间为60 d的内嵌GFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力优于内嵌BFRP筋试件的。根据试验数据拟合了盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结-滑移本构关系,其拟合优度达到0.988 0。     

钢筋与自密实混凝土的黏结性能研究进展

自密实混凝土因良好的工作性能被大量应用于实际工程,其与钢筋间的黏结性能问题成为当下的研究热点。在参阅海内外相关文献的基础之上,从黏结性能试验方法、影响因素、黏结强度计算式以及黏结-滑移本构关系四个方面对自密实混凝土近年来的黏结性能研究成果进行了总结,发现自密实混凝土的黏结性能并不低于普通混凝土,对自密实混凝土的本构关系模型建立以及钢筋在自密实混凝土中的锚固长度提出了建议。     

考虑膨胀剂PEC柱的黏结滑移性能

为探究部分包裹混凝土（PEC）柱在膨胀剂作用下的黏结滑移性能,设计了6组试件进行短柱推出试验,探究了混凝土强度、黏结长度和膨胀剂掺量对H形钢与混凝土之间黏结性能的影响,分析了黏结应力的组成,建立了反映黏结滑移性能的数值模型.结果表明：H形钢和混凝土之间的黏结性能与混凝土强度、黏结长度以及膨胀剂掺量呈正相关;H形钢与混凝土之间黏结应力的81.6%由摩擦应力提供,考虑黏结长度的摩擦应力与化学胶结力的比值稳定在42%~47%;依据试验建立的折线式黏结滑移本构模型可以较好地反映黏结应力与位移的关系,采用非线性弹簧建立的有限元模型与试验结果吻合较好.     

FRP与混凝土的粘结性能研究进展

FRP与混凝土的粘结性能是外贴纤维加固混凝土结构技术的关键问题.本文介绍了近10余年来,国外学者对FRP与混凝土的粘结性能的试验和理论研究进展,着重论述了试验方法、传力机理、粘结界面破坏形式、粘结强度及影响因素、FRP应变及粘结剪应力的分布、粘结应力-滑移关系以及粘结强度计算模型等,总结以往研究成果并提出了有关建议,供实际加固工程应用参考.     

嵌入式CFRP板条-混凝土界面粘结性能的试验研究

嵌入式(NSM)加固法是FRP材料加固混凝土结构的一种新的应用形式。通过CFRP板条嵌入混凝土试块的界面单剪试验,研究粘结长度对界面粘结性能的影响。根据实测应变分布,得到沿粘结长度界面粘结应力分布,并通过计算分析,对局部粘结滑移关系进行了初步探讨。     

表层嵌贴预应力CFRP板条加固钢筋混凝土梁的应力传递行为

表层嵌贴预应力FRP板条加固钢筋混凝土结构技术可充分发挥FRP材料强度,且不需设置永久锚具,具有较大的潜力。以试验得到的嵌贴FRP混凝土粘结滑移关系为基础,建立了嵌贴预应力CFRP板条与混凝土的粘结应力微分方程,并根据边界条件推导了方程的解析解,得到了嵌贴预应力CFRP板条放张后界面粘结应力、CFRP拉伸应力的分析模型。与试验结果的比较表明,该模型得出的界面粘结应力及CFRP拉伸应力与试验结果吻合较好。在此基础上,考虑放张后CFRP混凝土界面不出现剥离的条件,分析了粘结界面能抵抗的最大容许预应力。     

Experimental study on bond behavior between FRP and concrete

In this paper, two kinds of tests were designed to investigate and study the bond behavior between fiber-reinforced-plastic (FRP) and concrete. By newly designed double-shear test setup, the strain development and distribution in FRP plate was acquired. At the same time, the direct shear bond distribution was given and the effective bond length was suggested. Through a bending test on simply supported beam with an extended end, the strain and stress distribution of FRP plate in the negative moment zone were studied. Based on the test results, conclusions including the maximum effective bond length, the mean bond stress and the development length for flexural bond in the negative moment zone were presented. The effective bond length is about 100 mm and the mean bond stress is about 1.287 MPa. The development length for flexural bond in the negative moment zone is about 300 mm.     

Bond strengthening of lap spliced reinforcement using external FRP jackets: An effective technique for seismic retrofit of rectangular or circular RC columns

Confinement of concrete at the critical hinging regions is one of the most effective means for improving the seismic behavior of reinforced concrete (RC) members. Confinement reduces the bond degradation of the steel reinforcement and limits the concrete damage within the confined zone leading to increased energy absorption and dissipation capacity of the structure. Recent experimental and analytical studies undertaken on the use of FRP composites for seismic upgrading of RC members [FRPRCS08 Proceedings. In: Triantafillou TC, editor. 8th International symposium on fiber-reinforced polymer reinforcement for concrete structures. Patrace, Greece: University of Patrace; July 2007. p. 16–8] have clearly identified the advantages of this technology when compared to conventional strengthening methods. However, unfortunately, no guidelines have yet been developed by code committees for seismic retrofit using FRP composites. This paper provides a synthesis of the results of a series of experimental and analytical studies undertaken in the main part by the writer and in part by other investigators on the use of external FRP jackets for bond strengthening of developed/spliced steel bars in tension and its implications on the static and seismic response of concrete members. Results of the experimental programs are briefly discussed, and design expressions for evaluating the minimum thickness of FRP jacket required for seismic bond strengthening are presented and compared. The accuracy of the design expressions was verified against experimental data. In addition, a generalized model of the local bond stress–slip response of steel bars embedded in FRP confined concrete corresponding to splitting mode of bond failure is described. The model is composed of a monotonic envelope curve and bond degrading curve and can be used for evaluating the seismic behavior of the hinging zones in reinforced concrete members when confined externally with FRP jackets in comparison with the response of unconfined concrete.     

FRP-混凝土界面粘结性能有限元方法研究

分析FRP-混凝土界面的粘结性能, 是研究FRP外贴加固钢筋混凝土结构的基础问题。本文根据已有的面内剪切试验研究结果, 采用大型通用有限元程序MSC.Marc建立有限元模型并导入裂面剪力模型子程序, 进行了非线性计算分析。引入了“裂缝带模型”、“界面粘结承载力”、“有效锚固长度”等概念, 对混凝土单元开裂软化模量以及裂面剪力模型进行了优选。得到了FRP应变分布规律和界面粘结应力分布规律, 提出了全新的“粘结屈服平台”概念, 建议相关的界面性能非线性有限元分析采用本文的方法。     

FRP补强加固RC梁粘结破坏机理研究

根据FRP(Fiberreinforcedplastic)补强加固RC梁的试验结果,总结了FRP补强加固钢筋混凝土受弯构件早期破坏形态的过程和特点。FRP加固钢筋混凝土抗弯构件粘结界面的剪应力的分布在纤维截断点处存在较高的应力集中,随着离截断点距离的增大剪应力分布逐渐趋于均匀,粘结锚固长度不足和过高的应力集中是造成FRP加固钢筋混凝土构件早期破坏的主要原因。采用“齿”状块体力学计算模型和混凝土裂缝理论分析了FRP加固钢筋混凝土受弯构件时需要的有效锚固长度,并通过简化修正得出了FRP加固钢筋混凝土受弯构件最小锚固长度的计算公式,提出了FRP的容许应变值和避免FRP早期破坏应采取的措施,可供FRP加固工程设计和施工参考。     

Modelling the FRP-concrete delamination by means of an exponential softening law

Among rehabilitation strategies, bonding of Fibre Reinforced Polymers (FRP) plates is becoming more and more popular, especially for what concerns concrete structures. The performance of the interface between FRP and concrete is one of the key factors affecting the behaviour of the strengthened structure. Up to now, closed-form analytical solutions exist only for the local bond-slip law with linear softening. The aim of the present paper is to show that analytical solutions can be achieved also assuming an exponential decaying softening law. Accordingly, the expressions for the interfacial shear stress distribution and the load-displacement response are derived for the different loading stages. A full parametric analysis of the problem has been performed, highlighting the size effect on the structural behaviour as well as the effects of the bond length, of the FRP stiffness and of the interface cohesive law. A comparison with other analytical models as well as with experimental data available in the literature concludes the paper.     

Modeling the pullout behavior of fiber reinforced polymer bars from concrete

This paper presents a numerical investigation of pullout behavior of fiber reinforced polymer (FRP) bar from concrete matrix. As an attempt to capture the debonding process, a progressive damage model is used. Interfacial stress distribution for different load level is analyzed. The effects of embedded length, diameter of FRP bar and bond strength on the load-loaded end displacement are studied. The numerical results indicate that the bond stress decreases gradually from loaded end to embedded end along embedded bar length. The debonding initially starts from loaded end and propagates to embedded end as load increasing. The embedded length and bond strength affect the load-loaded end displacement curves significantly while the diameter of the FRP bar has no obvious effect on these curves. The numerical results have a good agreement with the experimental investigation.     

增强筋与混凝土粘结性能的研究进展

对钢筋、纤维增强材料（FRP）筋与混凝土的粘结机理、受力过程、影响因素、粘结强度、粘结长度和本构关系等性能的国内外研究现状进行介绍。基于此,提出了钢筋、FRP筋与混凝土粘结的研究思路。