砂浆与岩石黏结性能的试验研究

砂浆与岩石的黏结性能,对岩土工程中的山体支护效果、结构工程中抗浮锚杆的极限抗拔力及混凝土材料基本力学性能起着至关重要的作用。通过灌注于岩石块体内的砂浆圆柱体压出试验得到了砂浆与岩石界面的黏结滑移本构关系,进而研究了砂浆等级、砂浆柱体直径及黏结长度对界面的黏结强度和残余摩擦应力的影响。结果表明:砂浆与岩石界面的黏结滑移曲线由弹性上升段、软化下降段和水平摩擦段3部分组成。而且界面的黏结强度与残余摩擦应力随砂浆等级的提高而增大。但对相同等级的砂浆而言,界面黏结强度与残余摩擦应力随砂浆柱体直径的增大而减小。此外,界面的平均黏结应力随黏结长度的增加而减小。     

端部锚固对温度作用下CFRP-混凝土界面黏结行为影响

为了明确端部锚固措施对碳纤维复合材料(CFRP)-混凝土界面黏结行为的影响,采用解析理论手段建立了温度作用下端锚CFRP-混凝土界面剥离全过程理论模型。结合常温界面黏结理论,引入双线性黏结-滑移本构,推导了界面滑移、界面剪应力以及CFRP正应力分布表达式,给出了界面荷载-滑移响应及界面剥离承载力模型,通过与试验和数值结果对比验证了解析模型的正确性,并在此基础上进行了参数化分析。分析结果表明:相比于纯外贴的CFRP-混凝土黏结界面,端部锚固可提高温度作用下的界面剥离承载力,能有效限制温度变化引起的黏结界面端部的界面滑移和剪应力,提高CFRP在温度作用下所承担的正应力,即提高CFRP的强度利用效率;对于端部锚固CFRP-混凝土黏结界面,在温度达到胶黏剂玻璃化温度前,温升会提高界面的承载性能,而温降会导致加载端界面提前剥离,降低加固界面的剥离承载力;CFRP黏结厚度和弹模的增加会使温度变化对界面黏结行为的影响更加显著。     

虚拟裂缝尖端拉应力大小的确定

针对单边切口的混凝土轴心受拉构件,基于虚拟裂缝模型提出一种计算极限承载力的解析模型,并在此基础上确立了虚拟裂缝尖端拉应力与混凝土轴心抗拉强度之间的关系。结果表明:二者的比值随初始缝高比的增大呈线性增加,但对混凝土强度等级的变化不敏感。其原因是由于所有的混凝土试件都存在初始缺陷,导致截面上存在明显的应力梯度,因而得到的混凝土轴心抗拉强度值是截面应力的平均值,而虚拟裂缝尖端拉应力为截面上的最大应力。很显然,轴心受拉构件的初始缺陷越长,截面的应力梯度越大,虚拟裂缝尖端拉应力与平均应力的比就越大。通常情况下,虚拟裂缝尖端的拉应力大小约为混凝土轴心抗拉强度值的1.22倍,约等于混凝土的抗折强度。     

环境温差下FRP-混凝土界面粘结行为分析

为明确环境温差对纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土构件的界面粘结性能的影响,基于粘结界面的双参数内聚力指数模型,建立了FRP-混凝土粘结结点在温差作用下的界面微分平衡方程,采用边界条件叠加的方法,解析推导了界面相对滑移、界面剪应力和FRP应力-应变分布计算公式。基于解析理论模型,提出了FRP-混凝土界面最大承载温差的计算方法,分析了粘结长度、温差变化和粘结层数对界面粘结性能的影响。结果表明:该文推导出的理论公式计算结果与界面试验结果吻合良好,建立的解析理论模型能够较好地预测温差作用下FRP-混凝土界面粘结行为;界面最大承载温差随粘结长度的增加存在上限值,且由于界面粘结性能的退化,FRP温度应力的最大值出现在达到界面最大承载温差之前;界面剪应力集中在粘结端部区域,受温差变化和FRP粘结层数影响较大,且当环境温差进入胶黏剂玻璃化转变区域后影响最为明显。该结论可用于强日照和高温车间等大温差环境下桥梁和建筑加固构件的温度应力分析和界面承载力评估。     

碱激发矿粉海水海砂混凝土与CFRP筋粘结性能研究

该文通过试验分析研究了碱激发矿粉海水海砂混凝土与碳纤维筋(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋的粘结性能。分别考虑了碱激发矿粉淡水河砂混凝土(FRASC)、碱激发矿粉淡水海砂混凝土(FSASC)、碱激发矿粉海水河砂混凝土(SRASC)和碱激发矿粉海水海砂混凝土(SSASC)四种碱激发矿粉混凝土(ASC),并与钢筋的粘结性能进行了对比。试验中分别采用直径为8 mm的CFRP筋和HRB400带肋钢筋,粘长分别为2.5 d、5 d、7.5 d、10 d和15 d(d为筋的直径)。结果表明:粘长为15 d的试件,CFRP筋的试件全部劈裂破坏,钢筋粘长为10 d、15 d的试件全部为钢筋拉断破坏;粘长为2.5 d的CFRP筋试件将筋表面的脱模带拉断而出现第二个峰值;粘结滑移曲线可分为微滑移阶段、滑移阶段、剥离阶段、软化阶段和残余阶段。     

混凝土等效断裂韧度的解析方法

基于虚拟裂缝模型,提出一种计算混凝土三点弯曲梁等效断裂韧度的解析方法,并将虚拟裂缝面上黏聚力分布曲线简化为双线性.采用该方法,只要测得混凝土弹性模量Ec和抗折强度fr,就可以计算梁的极限衙载P()和临界等效裂缝长度ac,进而求得等效断裂韧度Kic,而不需要进行断裂试验.     

CFRP板加固钢筋混凝土矩形截面梁的预应力水平计算

针对预应力碳纤维复合材料板(CFRP板)加固的钢筋混凝土矩形截面梁,应用梁底面、粘结层间和CFRP板之间的变形协调条件,推导出了一个理论模型.应用该模型计算得到了预应力释放完毕状态下CFRP板的正应力以及粘结层间的剪应力沿梁跨长的分布,进而得到了该状态下CFRP板的预应力水平.随后将计算得到的CFRP板的预应力水平与试验结果进行对比,结果吻合良好.     

海水海砂混凝土无尺寸效应拉伸强度与断裂韧度的确定

海水海砂混凝土（seawater sea sand,SSC）在岛礁和临海工程建设中有广阔的应用空间。海洋环境下,混凝土容易开裂,严重影响结构耐久性。为确保该新型混凝土在海洋环境下的安全服役,对SSC的断裂力学性能研究以及断裂参数的合理确定至关重要。然而采用传统方法,基于线弹性断裂理论确定的断裂参数,由于未考虑材料非均匀性的影响,不可避免存在尺寸效应。鉴于此,本文利用基于边界效应的非线性断裂理论,考虑材料的非连续性与非均匀性,确定SSC的真实断裂参数。配制最大骨料粒径d_max为10和20 mm的海水海砂混凝土,分别进行高度为100和200 mm的三点弯曲梁试验,初始缝高比为0.1~0.7；并用淡水、河砂等质量替代海水、海砂配制普通混凝土（ordinary Portland cement,OPC）作为对照组进行试验。基于边界效应模型,通过引入混凝土平均骨料粒径,得到了SSC的真实无尺寸效应拉伸强度f_t及断裂韧度K_IC,进而结合正态分布分析确定两断裂参数的均值以及具有95%保证率的上下限值,并利用得到的拉伸强度成功预测任意尺寸条件下SSC试件的极限荷载。结果表明:相同骨料级配下,与普通混凝土相比,海水海砂混凝土断裂截面上骨料断裂的比例更高,SSC的拉伸强度及断裂韧度高于OPC；随着最大骨料粒径的增大,SSC和OPC骨料断裂的比例均减小,其断裂韧度K_IC均增加,f_t降低。所提模型及相关结果可为海水海砂混凝土实际工程设计提供参考。