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。     

高温后CFRP筋及其粘结式锚固系统的力学性能

为明确高温后碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋材及其粘结型锚固系统的力学性能,以筋材的处理温度为试验参数,完成了12个筋材试件的轴向拉伸试验;以粘结式锚具的处理温度和粘结长度为试验参数,完成了36个试件的锚固性能试验。结果表明:对于筋材轴向拉伸试件,处理温度为100℃时,筋材静力性能与常温试件相比未发生明显变化,筋材经历200℃和300℃温升作用后,其抗拉强度、弹性模量和极限拉应变较常温试件分别下降了6.4%、8.2%、3.8%和16.6%、18.3%、8.3%;对于锚固性能试验,试件的粘结强度随处理温度和粘结长度的增加而降低,粘结长度一定时,处理温度为200℃与300℃试件的粘结强度较常温试件分别下降了31.5%~36.3%和44.2%~47.4%。建立了适于分析高温后CFRP筋轴向拉伸性能、粘结型锚固系统粘结强度及临界锚固长度的实用计算公式,且具较高精度。      

CFRP筋夹板式锚具锚固性能试验研究

设计了一种CFRP 筋夹板式锚具,通过对40 个CFRP 筋-锚具组装件的拉拔试验,研究了锚固长度、螺栓预紧力、螺栓数量和CFRP 筋表面处理等对锚具锚固性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态包括CFRP筋的滑移、断裂和拉脱三种,试件达到极限荷载时的滑移量较小.增加锚固长度、螺栓总预紧力、螺栓数量以及对CFRP 筋表面打磨处理均可在一定范围内提高锚具试件的极限荷载.通过合理控制上述参数,可以使锚具发挥良好的锚固性能,满足实际使用要求.该文给出了CFRP 筋夹板式锚具合理的构造和螺栓预紧力值.在试验研究基础上,分析了CFRP 筋夹板式锚具的锚固作用机理,建立考虑锚固长度、螺栓预紧力和螺栓数量的CFRP 筋-锚具界面平均摩擦系数模型,并提出夹板式锚具的极限荷载计算公式,与试验结果吻合良好,具有较好的适用性.     

CFRP筋粘结型锚固系统数值模拟及失效分析

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋粘结型锚固系统,采用数值分析研究了不同锚具内壁与锚固胶体间的摩擦系数、不同锥形倾角、锚具前端有无直筒过渡段及有无端堵约束对筋材应力状态的影响,找出了筋材在靠近锚具端部发生破坏的原因,提出了相关强度分析方法及锚固改进方法,并用试验结果验证了方法的有效性。分析结果表明:筋材在摩擦系数为0.7时受到的径向挤压应力峰值只有摩擦系数为0.3时受到的径向挤压应力峰值的45.01%;随着锥形倾角增大,CFRP筋在锚具锥段所受的径向挤压应力峰值逐渐减小,所受剪应力峰值逐渐增大;在锥段末端增设直筒过渡段可以缓解筋材所受到的径向挤压应力与剪应力峰值,缓解系数分别为76.78%与52.90%;端堵约束的存在使锚具端部应力集中现象明显,导致筋材在锚具端部发生破坏。     

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。。     

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。     

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。     

BFRP筋与珊瑚混凝土粘结性能试验研究

为研究玄武岩纤维增强复合材料筋(BFRP筋)与珊瑚混凝土的粘结性能,对不同直径(d=8 mm、12 mm)、不同粘结长度(2.5 d、5.0 d与7.5 d)及不同养护环境(标准养护室养护、20±2℃人工海水养护)的共24个BFRP筋与珊瑚混凝土粘结锚固试件进行了中心拉拔试验。结果表明:除直径为12 mm,粘结长度为7.5 d的拉拔试件出现珊瑚混凝土劈裂破坏外,其余试件均为BFRP筋从珊瑚混凝土中拔出破坏,其破坏形态与BFRP筋和普通混凝土粘结破坏形态无明显区别,只是更易发生劈裂破坏。其粘结滑移曲线可分为微滑移阶段、滑移阶段、剥离阶段、下降阶段和残余阶段共5个阶段。其最大平均粘结应力随直径与粘结长度的增加显著减小。标准养护条件下的BFRP筋与珊瑚混凝土的粘结强度明显高于20±2℃人工海水养护下的粘结强度。     

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。     

超高韧性水泥基复合材料与钢筋粘结本构关系的试验研究

超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)是一种新型高性能纤维混凝土,具有卓越的韧性和优良的耐久性能,已被成功地应用于许多实际工程。当在该材料浇注的构件中配制加强钢筋时,除了各自基本的材料力学性能外,它们之间的粘结滑移本构关系也是获取正确可靠的结构力学响应所必需的基本参数。基于此,在对6个钢筋内贴片试件进行拉拔试验的基础上,通过实测的钢筋应变和端部滑移,分析了两者之间的粘结应力以及相对滑移沿锚固长度的分布规律,进而推导出沿锚固长度变化的粘结滑移本构关系和反映这种变化的位置函数,并建立考虑锚固位置的粘结滑移本构关系。     

碳纤维布加固RC梁中粘结性能的非线性有限元分析

碳纤维布加固钢筋混凝土(RC)梁中,碳纤维布与梁底混凝土的剥离破坏使碳纤维布的强度不能得到充分发挥。分析碳纤维布与梁底混凝土的粘结应力,是研究碳纤维布加固剥离破坏承载力的基础问题。根据4根碳纤维布加固RC梁的试验研究结果,采用商业有限元程序MSC.Marc建立有限元模型,进行了非线性计算分析。通过分离总粘结应力中的局部粘结应力,得到粘结延伸长度范围内的锚固粘结应力分布,并结合试验数据对其分布规律进行了研究。根据分析和试验结果,引入了“有效锚固粘结长度”和“锚固粘结应力”的概念,给出了极限荷载下锚固粘结应力的计算建议。     

碳纤维丝股锚固体系试验研究及受力分析

为研究碳纤维（CFRP）丝股粘结型锚具锚固性能及内部受力状态,该文设计了19丝CFRP丝股粘结型锚具并对其进行了静载试验。3个试件的CFRP丝间距分别为4mm、2mm和1mm;试验对锚固区CFRP丝应变和CFRP丝-锚筒的相对位移进行测量;通过静载试验实测并结合理论计算分析了粘结型锚具的锚固性能、粘结应力分布情况及变化...     

A theoretical solution for the pullout properties of a single FRP rod embedded in a bond type anchorage

ABSTRACT

This paper proposes a theoretical solution for predicting the pullout properties of a single fiber-reinforced polymer (FRP) rod embedded in a bond type anchorage based on a trilinear bond–slip model. The radial variation of the shear stress and reaction of the steel sleeve are considered in the solution. Pullout procedure with elastic, elastic-softening, elastic-softening-debonding, pure softening, softening-debonding, and debonding stages, as well as the corresponding critical stages, are analyzed. In this theoretical solution, the maximum pullout load, shear stress along the rod–grout interface, axial tensile stress of the FRP rod, and load–slip relationship are derived with explicit formulations. Effective bond length of bond type anchorage is also discussed. The solution is validated against experimental results available in literature. The theoretical solution reveals that the anchorage may attain its maximum pullout load in the elastic-softening, pure softening, or elastic-softening-debonding stage. Moreover, the effects of embedded length, ultimate shear stress, and residual shear stress on maximum pullout load closely related with the stage in which the anchorage attains its maximum pullout load. However, the effect of radius of FRP rod on the maximum pullout load increases with the embedded length, no matter in which stage the anchorage attains its maximum pullout load.     

胶膜连接碳纤维增强树脂复合材料板-钢搭接接头室温条件的力学性能试验

针对碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料板-钢搭接接头连接的糊状胶黏剂粘层厚一致性控制较难、铅垂向成形可能不易等问题,将糊状胶黏剂换成胶膜,制作了胶膜连接的五种粘结长度共15个CFRP板-钢双搭接接头试件,并对该胶膜连接的CFRP板-钢搭接接头进行了室温条件下的破环模式、有效粘结长度、传力规律、粘结-滑移本构、承载力等的试验研究。结果表明:所用胶膜的连接强度略高于CFRP板层间强度（即碳纤维与树脂基体的黏聚强度）;室温下,所用胶膜连接的CFRP板-钢搭接接头有效粘结长度约为80 mm;加载初期,剪应力最大值位于接头钢板端;继续加载,其位置向接头CFRP板端移动;加载末期,其位置位于距接头钢板端20 mm （粘结长度不超过80 mm时）或者50 mm （粘结长度不小于120 mm时）处;胶膜连接的CFRP板-钢搭接接头界面粘结-滑移模型为近似梯形,不同于胶黏剂连接的CFRP板-钢搭接接头的近似三角形,胶膜连接接头的延性大为提升;所用胶膜连接接头界面峰值剪应力、断裂能、界面刚度等代表值（可视为准平均值）分别为四种典型商品胶黏剂连接接头的1.2~3.0倍、1.6~5.7倍和5.4~7.5倍;在粘结长度不小于有效粘结长度条件下,所用胶膜连接接头的抗拉承载力代表值为四种典型商品胶黏剂连接接头的1.25~2.39倍;胶膜连接接头的抗拉承载力、最大位移的变异系数与糊状胶黏剂连接接头相差不大。      

石材表层嵌埋CFRP筋粘结性能试验研究

在花岗岩石梁受拉区嵌入CFRP筋以提高其抗弯承载力,对既有石结构加固和拓展现代石结构的应用范围具有重要意义。为研究石梁表层嵌埋CFRP筋组合石梁中CFRP筋、粘结剂与花岗岩的粘结性能,开展了26个直接拔出试件的试验研究。主要研究参数包括CFRP筋直径大小、CFRP筋嵌埋长度和粘结剂保护层厚度。试验现象揭示了3种典型破坏...     

Novel wedge-shaped bond anchorage system for pultruded CFRP plates

Prestressed strengthening with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) plates has gained attention for the rehabilitation of existing structures. In this study, a novel wedge-shaped bond anchorage system was developed. The wedge-shaped adhesive in the bond zones exerted a high pressure on the CFRP plate when the CFRP plate was subjected to tension. The shear force along the fiber direction resisted the tension force of the CFRP plate, realizing reliable anchorage. The shear stress in the anchorage zone was distributed uniformly, owing to the deformation of the low-modulus adhesive. Therefore, the stress concentration was reduced, which generally occurs for traditional CFRP anchors and causes premature failure of the CFRP plate. The stress distribution in the anchorage zone was obtained by mechanical analysis, and the maximum anchorage-bearing capacity was calculated based on the critical bond-slip criterion of the CFRP plate and epoxy adhesive. The effects of the adhesive properties on the anchorage efficiency were also investigated. A test was performed to validate the effectiveness of the proposed anchorage system.     

钢筋套筒灌浆连接性能试验研究及筒壁应力分析

完成了12个钢制套筒灌浆连接件的拉拔试验,系统研究了其破坏过程与破坏形态、荷载-位移曲线、套筒应变等,重点分析了锚固长度、钢筋直径对筒壁应力的影响。运用厚壁圆筒理论,明确套筒灌浆连接件中钢筋与灌浆料以及套筒之间的传力过程,并基于轴向拉力建立了筒壁纵、横向应力的计算模型。研究表明:套筒灌浆连接件破坏过程分为弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段,屈服强度和极限强度与钢筋材性相近。随钢筋锚固长度增加,筒壁应力略有减小,且随着钢筋直径增加,筒壁的应力明显增大。同时,建议筒壁应力计算值与试验值吻合较好,可为钢筋套筒灌浆连接设计与研究提供借鉴。     

Investigation into CFRP plate end anchorage utilising uni-directional fabric wrap

Carbon fibre reinforced polymers (CFRP) has become a very popular method of improving the capacity of structural elements. Failure of CFRP strengthening systems when applied to concrete structures is usually typified by de-lamination of the CFRP from the concrete substrate. Research has shown that anchoring the ends of the CFRP plates or sheets can result in a significantly higher load/stress being reached before de-bonding occurs and that when sufficiently anchored, the CFRP material strain at failure can approach its ultimate strain at rupture. The following is continuation of experimental studies into CFRP anchorage systems used to retrofit concrete structures. It follows from previous investigations conducted by the authors into the bond behaviour of a new anchorage system utilising a mechanically strengthened substrate. The paper presents two alternative anchorages; both utilising uni-directional fabric wrap oriented horizontally across and parallel to the direction of the laminate. Both forms of anchorage are found to be effective in increasing the CFRP to concrete bond strength by distributing contact stresses over a greater area of concrete.