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。     

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。     

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.     

GFRP筋与混凝土粘结性能试验研究

基于40个试件的试验,对GFRP筋试件和钢筋试件的粘结破坏进行了研究。试验结果表明,拔出端存在明显的应力集中现象;两种试件的破坏粘结强度接近,仅与混凝土的极限拉应力有关;破坏过程中GFRP试件比钢筋试件表现出了更好的延性。本文提出了筋材的混凝土保护层临界厚度确定公式,考虑了影响临界厚度的主要因素:即筋材粘结强度、混凝土单轴抗拉强度和筋材直径,建议GFRP筋混凝土保护层厚度不能简单采用钢筋混凝土的,即应通过试验提出合理的取值。     

考虑不同位置变化的GFRP筋与混凝土粘结试验研究

通过对GFRP筋混凝土试件进行内贴片单端拉拔试验,将试验数据进行总结和分析,绘制GFRP筋应变随荷载和不同位置变化的分布曲线,探讨曲线各自的特征;研究GFRP筋与混凝土之间的粘结应力及滑移随不同位置变化的分布情况。试验结果表明,由于GFRP筋材料本身特性的原因使得其与混凝土之间的粘结应力随位置的变化规律与钢筋混凝土有显著的不同;运用粘结长度范围内不同位置处的滑移拟合公式得到的随不同位置变化的滑移曲线计算值与试验值吻合良好。     

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%。     

FRP与混凝土界面粘结性能的试验研究

纤维(FRP)与混凝土的粘结性能是外贴纤维增强聚合物加固钢筋混凝土结构技术的关键问题。采用修正梁模型,对9个外贴FRP条带加固混凝土受弯构件的粘结性能进行了试验研究。分析了FRP应变、局部粘结剪应力发展规律以及沿粘结长度在各级荷载下的分布规律。考察了混凝土强度和FRP粘结长度对粘结强度等粘结性能的影响。验证了FRP有效粘结长度,探讨了有效粘结长度的影响因素,计算得到了局部粘结剪应力滑移关系曲线。通过对试验结果的统计回归分析,提出了局部粘结剪应力滑移本构关系模型以及有效粘结长度计算公式,分析结果与试验结果都吻合较好,可供实际加固改造工程应用及完善相应规范的编制参考。     

FRP筋混凝土粘结滑移模型的研究和试验分析

本文详细介绍了国内外关于FRP筋与混凝土粘结滑移本构关系模型的研究成果和现状,探讨了各模型的曲线特征,通过表面变形CFRP筋混凝土的拔出试验得到了较为理想的连续的粘结-滑移关系曲线,并将试验所得的曲线与国内外现有的几种模型曲线在各个阶段的吻合情况进行了对比分析。     

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。     

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.     

A modified fiber‐reinforced plastics concrete interface bond‐slip law for shear‐strengthened RC elements under cyclic loading

The objective of this article is to realistically analyze fiber‐reinforced plastics (FRP) retrofitted reinforced concrete structures under cyclic loading taking into account FRP–concrete bond‐slip law with cyclic bond degradation. In literature, even though numerous studies have been conducted in FRP–concrete interface bond‐slip modeling under cyclic loads, a small number of them consider the influence of cyclic degradation on FRP–concrete interface bond behavior. Within this framework, the bond‐slip law for carbon fiber‐reinforced plastics–concrete interface is revised by utilizing Harajli's and Ko‐Sato's approaches. The procedure is distinct from others because it develops existing deficiencies of these approaches, whereas a more reliable modeling process is proposed for use in practice. Conventional bond‐slip law of Lu et al. is compared with this interface relationship stated in this investigation and the difference is clearly shown in terms of structural parameters. Experimental tests are conducted at the same time for verification. It is proved that cyclic bond degradation affects the interface behavior; thus, the structural response cannot be omitted in structural evaluations. Structural performance measures are obtained in good agreement for each level of cycles. The technique proposed clearly exhibits structural response difference between monotonic and cyclic loadings while good agreement is reached with experimental results. POLYM. COMPOS., 37:3373–3383, 2016. © 2015 Society of Plastics Engineers     

FRP筋应力松弛试样端部锚夹方法研究

将FRP筋作为预应力筋使用,必须了解其应力松弛特性.要测定FRP筋的应力松弛特性,关键是要找到一种有效的试样端部锚固方法.FRP筋一般的锚具系统应用于松弛特性测试时存在这样或那样的缺陷,为此本文提出了一种创新的测试FRP筋应力松弛特性的试样端部加强锚固的方法,实现了松弛试验时端部近似为零的滑移,保证了试验段应变的恒定,从而可准确测定FRP筋的应力松弛性能.     

海水环境下GFRP筋⁃海水海砂混凝土黏结行为演化规律

为研究海水环境下GFRP筋与海水海砂混凝土的黏结行为,设计并测试了54个GFRP筋⁃海水海砂混凝土中心拉拔试件,采用温度加速实验,研究清水和海水环境腐蚀后试件黏结强度的变化,并分析了试件的黏结滑移曲线上升段。结果表明,海水温度的升高加速了GFRP筋⁃海水海砂混凝土试件黏结强度的退化,在相同浸泡条件下,60 ℃的黏结强度相较于10 ℃降低了15 %左右;海水环境对试件黏结强度的影响略大于清水环境。分别使用BPE模型、CMR模型和Malvar模型对试件黏结滑移曲线上升段进行分析,结果表明,海水环境下GFRP筋⁃海水海砂混凝土黏结滑移曲线上升段宜采用Malvar模型。最后根据TSF寿命预测法得出,在20 ℃海水环境下,GFRP筋⁃海水海砂混凝土试件使用100年后的黏结强度保留率为65.58 %。     

纤维塑料筋粘结强度的研究

纤维塑料筋与混凝土的粘结强度大小直接关系到构件的承载能力、裂缝开展及其它性能等。基于41个碳纤维塑料筋的拉拔试验,并综合分析其它文献的结果,对纤维塑料筋与混凝土的粘结机理、破坏机理和粘结强度进行了较为深入的研究。同时对纤维塑料筋与水泥浆和环氧树脂的粘结强度也进行了探讨。     

Bond strength evaluation of palm oil fuel ash-based geopolymer normal weight and lightweight concretes with steel reinforcement

This article presents a comparison of the bond behaviour between palm oil fuel ash (POFA)-derived geopolymer and conventional cement-based normal weight and lightweight concretes. A total of 16 variables were tested, which includes concrete cover (50 and 100 mm), bar diameter (12 and 16 mm) and types of concrete (POFA-based geopolymer normal/ lightweight concrete and cement-based normal/lightweight concrete). Results showed that the bond strength of cement-based concretes had higher critical bond stress and ultimate bond strength as well as lower slip at the ultimate bond strength compared to the corresponding POFA-based geopolymer concretes. The cement-based and geopolymer lightweight concrete specimens also exhibited greater bond strength than the normal weight concrete specimens. All of the concrete specimens generally exhibited similar bond stress-slip curves. Besides that, bond strength models proposed in the past predicted satisfactory match (difference of up to 35%) to the experimental ultimate bond strength values in the case of cement-based normal weight concrete and geopolymer concrete whereas a difference in the range of 16–138% was found for the case of lightweight concrete.     

Bond performance of fiber reinforced polymer rebars in different casting positions

In the last two decades, fiber reinforced polymer (FRP) rebars have become attractive to civil engineers, due to their corrosion resistance and high strength‐to‐weight ratio. To take advantage of such properties, many research studies have been carried out on the mechanical and physical properties of FRP rebars in concrete, and critical issues have been discovered regarding the bond behavior of FRP rebars. In this study, an effort was made to investigate the effects of FRP rebar types, locations and concrete casting positions on the bond performance of FRP rebars embedded in concrete members. Experimental investigations were conducted using a total of 63 specimens, with seven types of reinforcing bars, and three different casting positions. According to the test results, the bond performance of FRP reinforced concrete was greatly influenced by FRP type and surface condition; while vertical casting showed higher bond strength than horizontal casting. In addition, the bond strength reduction ratio of FRP rebars cast in the horizontal direction was smaller than that of steel bars. POLYM. COMPOS., 37:2098–2108, 2016. © 2015 Society of Plastics Engineers     

FRP筋混凝土梁抗剪性能的研究进展

与普通钢筋相比,FRP筋具有抗拉强度高、抗腐蚀性能优良、重量轻、弹模低等优点,较适用于特殊环境下的混凝土结构。但是FRP筋的横向强度很低,因此,关于FRP筋混凝土结构的抗剪性能是国内外工程领域非常关注的一个问题。本文分别介绍了国内外关于非预应力和预应力FRP筋混凝土结构抗剪性能研究的主要成果,并对今后拟开展的研究工作提出了建议。     

新型玄武岩FRP布加固混凝土结构性能试验

为研究新型玄武岩纤维增强复合材料(FRP)布加固混凝土圆柱结构性能,制作了12根试件并进行轴心受压试验,通过改变不同粘贴层数,分析了混凝土柱承载力、延性的变化,以及玄武岩FRP布约束混凝土作用机理。结果表明,粘贴玄武岩FRP布加固结构,可以有效改善结构的力学性能,提高混凝土极限强度和极限应变,提高加固墩柱的承载能力;随着玄武岩FRP布层数增加,混凝土的延性得到较大改善,外贴1~3层玄武岩FRP布加固时,混凝土柱的延性提高幅度约为30.9%~80.7%;玄武岩FRP布约束力主要是在混凝土受压后达到屈服应力时产生;采用玄武岩FRP布进行结构加固,并不是粘贴层数越多加固效果越好。