GFRP筋与自密实混凝土黏结性能的试验研究

为了研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋与自密实混凝土(SCC)的黏结性能,制作了66个GFRP/SCC试件进行中心拉拔试验,研究SCC混凝土保护层厚度、GFRP筋直径和黏结长度以及SCC中添加纤维种类等因素对两者黏结性能的影响,并对试件的破坏形式进行分析。结果表明:试件主要出现了三种破坏形式,即劈裂破坏、拔出破坏、拔出带缝破坏;通过电镜扫描发现SCC浇筑方向对GFRP筋与SCC黏结界面的结构有一定影响,GFRP筋上部界面与SCC黏结更紧密。当SCC保护层厚度由4D增大至7D时,黏结强度提高了约44.05%;当GFRP筋黏结长度由5D增大至15D时,黏结强度降低了约65.43%;当GFRP筋直径由12 mm增大至16 mm时,黏结强度降低了约22.57%;SCC中添加聚丙烯纤维、钢纤维、聚丙烯纤维+钢纤维的试件黏结强度比不添加纤维的试件黏结强度分别提高12.80%、15.16%、15.09%。可以通过适当增加SCC保护层厚度、在SCC中添加纤维等措施来提高GFRP/SCC试件的黏结强度。      

预应力纤维塑料筋混凝土梁的受力性能

当连续纤维增强塑料用作混凝土结构中的配筋时，即为纤维塑料筋。纤维塑料筋具有抗瓣强度高，抗腐蚀性能好，重量轻，弹性模量小，抗剪强度低等特点，自八十年代后期，欧美，日本等国已对纤维塑料筋进行了较多的试验研究和工程应用。     

混杂CFRP/GFRP筋HPC梁的非线性梁壳组合单元研究

对于混杂CFRP/GFRP筋高性能混凝土（HPC）梁, 研究一种新的三维非线性梁壳组合单元, 对HPC梁进行了全过程分析。引入实体退化壳单元理论, 利用空间梁单元模拟预应力CFRP筋, 并根据CFRP筋单元节点线位移和转角位移的协调性, 推导CFRP筋单元对梁壳组合单元刚度矩阵的贡献, 同时对GFRP筋和HPC梁采用分层壳单元模拟。并运用Jiang屈服准则、 Madrid强化准则等描述混凝土的材料非线性, 提出一种新的非线性梁壳组合单元, 研制相应的三维非线性计算程序。计算结果与试验数据吻合良好, 说明本文构造的非线性梁壳组合单元的正确性和研制程序的可靠性, 以及混凝土材料非线性描述的合理性; 采用组合单元能准确模拟CFRP筋的几何构形, 能综合考虑其拉压弯剪性能, 利于全面地反映配筋对结构的增强作用。      

配置新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁的受剪性能试验

对采用新型封闭缠绕式玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)箍筋的混凝土梁进行了三点加载试验,考察了箍筋形式、纵筋配筋率、剪跨比、箍筋间距对配置新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁受剪性能的影响规律。试验结果表明,新型封闭缠绕式GFRP箍筋的弯曲段强度与平直段受拉强度之比达到0.81,是拉挤成型箍筋的2.07倍。剪跨比和箍筋间距相同时,新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁的受剪性能更好,其材料利用效率显著高于拉挤成型箍筋。梁的抗剪承载力随纵筋配筋率增加的提高幅度不大,但梁的延性有较明显改善。当箍筋间距为75 mm,新型封闭缠绕式GFRP箍筋的应变显著增大,同时对剪压区混凝土产生一定的约束作用,提升了受剪承载力。采用中国(GB 50608-2020)、美国(ACI 440.1R-15)、加拿大(CSA S806-12)、英国(BISE-1999)和日本(JSCE-1997)五种纤维增强树脂复合材料(FRP)筋混凝土结构设计规范计算的受剪承载力显著低于试验值,建议适当提高新型封闭缠绕式GFRP箍筋的断裂应变限值。     

侧向约束GFRP筋混凝土板内压缩薄膜效应的研究

当混凝土板受到平面内的侧向约束时, 由于压缩薄膜效应(Compressive Membrane Action-CMA)的存在, 板的极限承载力和工作性能将显著提高. 为了正确认识纤维增强材料(FRP)筋混凝土桥面结构的工作性能, 建立了一组带有横向约束的玻璃纤维增强筋材混凝土板带来分析板内压缩薄膜效应对这一非金属筋材混凝土结构的影响. 试验中发现GFRP筋混凝土板带的工作性能主要受到横向约束刚度和混凝土强度的影响, 而配筋率的影响却不明显. 现行的设计规范(ACI440R-06)由于没有考虑板内压缩薄膜效应的作用严重低估了GFRP筋混凝土板带的承载能力. 因此基于过去对钢筋混凝土桥梁面板的研究, 建立了一套考虑板内压缩薄膜效应的GFRP筋混凝土桥梁面板承载力计算模型. 通过与多个试验结果进行对比后发现, 该理论算法与试验结果有着良好的吻合.     

GFRP带肋筋粘结性能试验研究

利用拉拔试验,研究玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋与混凝七的粘结性能,确定GFRP带助筋的最佳外形,构建GFRP带肋筋与混凝土的粘结滑移本构关系模型.试验变量包括筋直径、肋间距和肋高度.试验结果表明:GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度显著提高;粘结强度随GFRP带肋筋直径的增大而降低;试件的破坏形式为GFRP带肋筋肋间混凝土的剪切破坏,以及肋表面的轻微磨损;不同的肋参数,如肋间距、肋高度等,对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著.通过对试验数据的分析可得,机械咬合力是GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度的主要组成部分;剪切滞后现象反映了直径对GFRP筋粘结性能的影响;楔块效应反映了肋参数对GFRP筋粘结性能的影响;GFRP带肋筋的最佳肋间距为筋直径的1倍,最佳肋高度为筋直径的6%,此结果可为GFRP带肋筋的规模化生产及工程应用提供理论依据;新构建的粘结滑移本构关系模型能较好地反映GFRP带肋筋的受力全过程.     

火灾高温后混凝土内GFRP筋剪切性能退化试验与理论

为研究火灾高温后混凝土内玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋材的剪切性能,选取了100℃、150℃、200℃、300℃、350℃、400℃、500℃、650℃及800℃共9个温度工况,对混凝土内GFRP筋进行了高温作用及水平剪切试验;结合本试验及已有相关试验结果,对高温后混凝土内GFRP筋水平剪切强度预测方法进行了探讨。试验及分析结果表明：300℃高温以内,混凝土内GFRP筋表面温度存在滞后现象,其高温劣化程度明显低于裸筋,剪切强度退化也较缓慢;随着温度超过300℃及混凝土表面裂缝不断发展,内部GFRP筋受高温侵蚀逐步加大,剪切强度出现急剧下降,并出现与裸筋相似的退化规律;在300℃(接近树脂热分解温度)高温下,GFRP筋剪切强度随恒温时间的增加而线性下降,恒温1～3 h时其剪切强度保留率从76.4%降为46.5%。结合双曲正切函数模型,建立了高温后混凝土内GFRP筋水平剪切强度预测模型,其预测值与试验值吻合较好。最后,以剪切强度保留系数0.7为基准,给出了不同保护层厚度下GFRP筋的耐火时间预测值,供工程应用参考。     

人工海水环境下GFRP筋受压性能试验研究

该文开展了人工海水环境下GFRP(玻璃纤维增强塑料)筋(玻璃纤维增强塑料筋)持续浸泡及干湿循环腐蚀试验,探讨研究了两种腐蚀方式对GFRP筋受压力学性能的劣化机理。研究结果表明:试件抗压强度随浸泡时间和干湿循环次数的增长基本呈线性下降;干湿交替循环腐蚀作用对GFRP筋受压性能的影响大于单纯氯盐溶液浸泡腐蚀;与碱溶液浸泡腐蚀数据对比可知,相同腐蚀条件下,碱溶液环境对GFRP筋抗压性能的劣化较氯盐溶液更为严重。     

FRP筋预应力混凝土梁抗弯性能研究进展

FRP筋预应力混凝土结构已成为国内外工程领域研究的重点，文章分别介绍了国内外体内有粘结、体内无粘结和体外无粘结FRP筋预应力混凝土梁抗弯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。     

GFRP筋橡胶集料混凝土梁受弯性能

为提高纤维增强聚合物复合材料(FRP)筋混凝土梁抗裂性能,改善其脆性破坏特征,将玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与橡胶集料混凝土共同应用于梁构件中。采用ABAQUS对GFRP筋橡胶集料混凝土梁的受弯性能进行有限元模拟及参数分析,探究了橡胶掺量、GFRP筋配筋率、混凝土强度等级及截面高度对梁受弯性能的影响。结果表明:增加混凝土中橡胶颗粒的掺量可提高梁的开裂荷载,当橡胶掺量为15%时,开裂荷载提高了29%;增加配筋率可提高梁的开裂荷载和承载力,当受拉筋直径由10 mm增加至18 mm时,橡胶掺量为10%的GFRP筋橡胶混凝土梁开裂荷载提高了约15%,承载力提高了约85%,但配筋率增加至一定数值后,其影响不再明显;提高橡胶混凝土强度等级,可提高梁的开裂荷载及承载力,当橡胶混凝土强度等级由C25提高至C40时,开裂荷载提了高约53.7%,承载力提高了约23%;为更好地满足正常使用极限状态,GFRP筋橡胶混凝土梁的截面高度宜适当增加。      

型钢混凝土空腹叠合梁受剪承载力试验研究

为更加深入研究型钢混凝土叠合梁的受剪机理,提出更为优化的截面形式,该文完成了10个足尺型钢混凝土叠合梁在单调集中荷载作用下的静力试验研究。通过考察剪跨比、截面形式（空腹和实腹）等参数对受剪性能的影响,着重研究了足尺型钢混凝土空腹叠合梁的受剪性能。结合试验结果对各试件的裂缝形态、破坏特征、承载能力、变形等性能进行了分析研究。采用桁架-拱模型并基于变形协调条件将桁架、拱和型钢三者对受剪承载力的作用相结合,建立了适用于型钢混凝土叠合梁的受剪承载力计算方法。结果表明：型钢混凝土空腹叠合梁与实腹叠合梁具有相似的受剪性能和破坏形态,承载力随剪跨比的增大而减小,试件整体性良好;采用JGJ 2016和YB 9082-2006计算的受剪承载力离散型偏大,该文建立的修正桁架-拱模型计算值与试验结果吻合较好。     

外包GFRP板钢筋混凝土梁的抗剪性能研究

该文提出了一种新型的GFRP-钢筋混凝土高耐久性梁,即普通钢筋混凝土梁外包GFRP 板,其中的GFRP板既为防腐保护,又可兼作模板和受力筋。通过对外包GFRP 板钢筋混凝土梁及其普通钢筋混凝土对比梁进行加载试验,研究其受力特点和破坏模式。试验结果表明:和普通钢筋混凝土梁相比,外包GFRP 板钢筋混凝土梁的抗剪承载力有较大幅度提高。对外包GFRP 板钢筋混凝土试验梁的抗剪承载力进行了分析,计算值与试验值吻合较好。     

钢筋钢丝网砂浆加固混凝土梁的抗弯试验研究

为既保持钢丝网砂浆或小直径钢筋网砂浆加固混凝土构件的优点,又能大幅度提高被加固构件的承载力,提出钢筋(大直径)钢丝网砂浆加固钢筋混凝土梁的思路.进行了7根钢筋钢丝网砂浆加固梁和1根对比梁的抗弯试验研究,探讨了加固方式和加载方式对钢筋钢丝网砂浆加固梁抗弯性能的影响.试验研究表明,钢筋钢丝网砂浆加固能大幅度提高被加固梁的抗...     

CFRP 布加固预裂钢骨混凝土梁的试验研究

通过6 根(预应力)CFRP 布加固预裂钢骨混凝土梁的试验,研究了其受力机理和破坏模式,给出了承载力的计算公式。试验结果表明,一层和二层CFRP 布、一层预应力CFRP 布、二层分别为预应力和普通CFRP 布以及对预裂程度较大梁加固后的开裂荷载分别提高了27.3%、54.5%、90.9%、100%和9.09%,相应的极限荷载分别提高了16.2%、27%、28.8%、35.1%和14.4%;普通钢骨混凝土梁的荷载-变形曲线呈现三直线特征,加固后的梁则呈现二直线特征,CFRP 布加固后梁的裂缝宽度和间距减小,但是裂缝的数量却增多;承载力计算理论公式与试验结果吻合良好。     

HRB500/HRB600钢筋作纵筋的混凝土连续梁弯矩调幅试验研究

HRB500钢筋、HRB600钢筋已分别纳入《钢筋混凝土结构设计规范》（GB 50010－2010）和《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB/T 1499.2－2018）。为考察HRB500钢筋、HRB600钢筋作纵筋的混凝土连续梁弯矩调幅性能,完成了24根两跨连续梁试验。试验结果表明,由于HRB500和HRB600钢筋的屈服强度明显高于HPB235和HRB335钢筋,试验梁中支座控制截面的弯矩调幅不只发生在塑性铰形成之后,在受拉区混凝土进入塑性、经历开裂和裂缝发展直至中支座控制截面受拉纵筋屈服这一较长的塑性发展过程中也存在一定的弯矩调幅。分塑性铰形成前后两阶段对试验梁中支座控制截面弯矩调幅进行考察,第一阶段弯矩调幅幅度β_I介于15.28%~24.21%,第二阶段弯矩调幅幅度β_Ⅱ介于6.91%~30.30%。发现随着受拉纵筋屈服强度的提高,β_I增大、β_Ⅱ减小;随着相对受压区高度的增大,β_I和β_Ⅱ均减小;随着中支座宽度的增大,β_I和β_Ⅱ均增大。基于试验数据建立考虑各关键参数影响的两阶段弯矩调幅系数计算公式。     

型钢高强高性能混凝土梁粘结滑移行为研究

通过12榀不同混凝土强度等级、剪跨比、配箍率的实腹式型钢高强高性能混凝土简支梁试验,得到了各级荷载作用下沿梁长度(即跨度)方向型钢应变、型钢与混凝土界面粘结应力与相对滑移分布规律。结果表明:在界面粘结应力尚未达到局部粘结强度之前,型钢应变和界面滑移近似呈指数变化;此后界面出现粘结软化,且粘结软化区段随荷载的增加逐渐向试件自由端扩散,型钢与混凝土协同工作的能力降低。通过对界面粘结滑移行为与诸影响因素的分析,从机理上揭示了粘结软化的形成与演化过程,分析了局部粘结强度与其主要影响因素的关系,并由试验结果统计回归得出了型钢高强高性能混凝土局部粘结强度的计算公式,进而提出型钢高强高性能混凝土梁局部粘结应力与加载端粘结滑移本构关系的数学模型。最后建立了型钢与混凝土界面粘结滑移分析的理论模型,求解了各级荷载作用下粘结应力的传递规律。研究成果为改进型钢高强高性能混凝土梁设计计算理论和有限元分析提供了试验依据。     

钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝宽度试验研究

通过9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁的四点弯曲试验,分析了钢纤维体积率、配筋率对钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝形态、裂缝宽度以及裂缝间距等参数的影响。结果表明：在自密实混凝土梁中掺加钢纤维可有效限制裂缝的扩展,掺入体积率为0.38%和0.64%的钢纤维,可使自密实混凝土梁在正常使用阶段的最大裂缝宽度减小31%~56%,平均裂缝间距减小15%~28%,纵筋应变减小40%~56%。考虑钢纤维在试验梁开裂截面的分布以及应力传递机理,结合试验数据提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的计算公式,并与MC 2010、RILEM TC-162 TDF及CECS 38：2004的公式进行了对比。计算结果表明：该文建议公式计算的最大裂缝宽度与试验值吻合较好,可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的分析与验算。     

型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验研究

为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)组合柱的轴压性能,设计了23个试件进行轴压试验,考虑了再生粗骨料取代率、箍筋体积配箍率和混凝土强度等级3个变化参数。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了试件受力全过程曲线、极限承载力等重要数据,并分析各变化参数对SRRAC柱轴心抗压承载性能的影响,基于试验提出其强度计算公式。研究结果表明：SRRAC柱破坏时型钢受压屈服、再生混凝土压碎,具有良好的承载性能,各变化参数均对其承载性能有显著影响,建议再生粗骨料最优取代率为40%,该文建议强度计算公式计算值与试验结果吻合较好。研究结果可供再生混凝土组合结构的进一步科学研究和工程应用参考。     

型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙结构恢复力模型试验研究

对7榀1/2.5比例单层单跨型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙模型进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究,分析了墙体设置形式、填充墙砌块强度、拉筋构造形式、轴压比以及墙体宽高比等设计参数对该种结构抗震性能的影响。研究了模型的典型破坏形态、荷载-位移曲线、承载能力以及位移延性等。结果表明：试验模型的典型破坏形态均符合“强柱弱梁”的破坏模式,框架部分的破坏程度随墙体全高填砌而减轻;在框架中加设墙体后可明显提高结构承载力和初始刚度,墙体填充率越大、填充墙砌块强度越高、拉筋间距越小、轴压比越高、墙体宽高比越大,结构承载力与初始刚度提高越明显;结构的位移延性均值达到6.26,高于钢筋再生混凝土框架-填充墙、普通钢筋混凝土框架-填充墙以及钢筋混凝土异形柱框架-填充墙等结构,抗倒塌能力较强。在试验研究的基础上,通过有限元与试验结合的方法,建立了相应的四折线恢复力模型,可用于型钢再生混凝土框架结构的弹塑性地震反应分析。