后张无黏结预应力BFRP筋混凝土梁受弯性能试验研究

采用后张法,制作了玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）无黏结部分预应力混凝土梁、BFRP筋无黏结全预应力梁以及对比用BFRP筋非预应力梁,对其受弯性能进行对比试验,并对BFRP筋无黏结部分预应力梁中非预应力钢筋的配筋率对受弯性能的影响进行了研究。结果表明,对BFRP筋施加预应力,可以明显提高梁的抗裂度,有效减小梁的挠度和裂缝宽度,改善BFRP筋混凝土梁的正常使用性能;与全预应力梁相比,配置有非预应力钢筋的部分预应力BFRP筋梁的延性更好;且随着非预应力钢筋配筋率的增加,梁的屈服荷载和极限荷载随之提高,裂缝间距、极限裂缝宽度则随之减小。     

超高韧度水泥基复合材料经亚高温处理后的性能

通过狗骨试件拉伸试验、数字图像影像相关处理(DIC)和立方体试块轴压试验,研究了高粉煤灰掺量的超高韧度水泥基复合材料(ECC)在亚高温处理后的力学性能。结果表明:在不高于200℃的温度处理后,ECC仍能实现多裂缝开裂,并能有效地控制裂缝的宽度。50、100℃温度处理明显提高了ECC的抗拉强度和应变能力,200℃时有所回落,但仍高于常温水平。DIC法的测试结果显示,各温度工况下基体在极限拉伸时的裂缝宽度相近,不同温度的影响主要体现在裂缝的数量上。在20、50和100℃时,ECC抗压强度大小相当,200℃时下降19.3%。适当的温度处理可以提高ECC基体的强度并改善纤维与基体的界面性能,从而提高ECC的抗拉性能和应变硬化能力。     

玄武岩纤维-箍筋复合约束混凝土柱的轴压试验研究

通过21根圆形截面玄武岩纤维(BFRP)-箍筋复合约束混凝土柱的轴压试验,研究玄武岩纤维层数、箍筋的间距对约束混凝土柱的轴压性能影响。试验结果表明,玄武岩纤维-箍筋复合约束混凝土的轴压性能明显优于单一材料(玄武岩纤维或箍筋)约束的混凝土,随着玄武岩纤维层数的增加以及箍筋间距的减小,玄武岩纤维-箍筋复合约束混凝土试件的承载能力和变形能力有效提高。玄武岩纤维-箍筋复合混凝土试件的应力-应变曲线可分为弹性阶段、过渡阶段、强化阶段及残余阶段4个阶段。基于本文及相关文献的试验研究结果,提出纤维-箍筋复合混凝土圆柱的承载能力计算模型,对比表明该模型与试件结果吻合较好。     

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯性能研究

设计并制作了3根玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）混凝土梁,并对其进行三分点加载试验,主要测试了构件的开裂荷载、裂缝和挠度发展情况以及极限荷载等。结果表明,受BFRP筋线弹性的材料性质、较低的弹性模量等因素的影响,BFRP筋混凝土梁的受弯工作具有以下特点：(1)构件均发生脆性破坏;(2)构件的开裂荷载和开裂前的挠度受BFRP筋配筋率的影响很小;(3)构件的极限荷载随BFRP筋配筋率的增加而增大;(4)构件的荷载－挠度曲线在混凝土开裂前后均为线性,其转折点对应构件开裂。     

BFRP筋再生混凝土梁抗弯性能试验研究

通过7根玄武岩纤维(BFRP)筋再生混凝土梁和1根钢筋再生混凝土梁的抗弯性能试验,研究了不同纵筋配筋率与再生骨料取代率对BFRP筋再生混凝土梁受弯性能的影响,分析其承载力变化过程、破坏形态、挠度变形与裂缝发展情况,并与钢筋再生混凝土梁进行对比。结果表明,BFRP筋再生混凝土梁的破坏形式有少筋和超筋破坏两种,分别由BFRP筋拉断和受压区再生混凝土压碎控制。合理配筋的BFRP筋再生混凝土梁破坏前产生的挠度较大,且受拉BFRP筋的应变也较大,说明合理配筋的BRPP筋再生混凝土梁具有一定的延性,能较好地发挥两种材料的性能。BFRP筋再生混凝土梁的裂缝宽度和裂缝条数受再生骨料取代率影响较小,而受配筋率影响较大。此外,BFRP筋再生混凝土梁的初裂荷载相比钢筋再生混凝土梁略低,但极限荷载却有明显提高。     

先张法预应力玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯性能试验研究

采用先张法工艺设计制作了1根全预应力玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)混凝十梁,2根部分预应力BFRP筋混凝土梁和1根普通BFRP筋混凝土梁,对其进行三分点加载试验,主要测试了构件的开裂荷载、裂缝和挠度发展情况、屈服荷载和极限荷载等性能。结果表明,对BFRP筋施加预应力,可以提高梁的杭裂度,有效减小梁的挠度和裂缝宽度;非预应力钢筋的配筋率越大,梁的极限抗弯承载力越大,在BFRP筋配筋率相同的情况下,全预应力梁和非预应力梁的极限抗弯承载力相当;在预应力梁中采用非预应力钢筋,可以减小裂缝宽度间距,并且提高梁的延性;全预应力梁和非预应力梁在纯弯段上的裂缝数量和裂缝分布基本相同,部分预应力梁的裂缝数量明显多于全预应力梁和非预应力梁。     

BFRP筋与分级粒径河砂ECC粘结滑移性能试验研究

通过玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋/高延性水泥基复合材料(ECC)的中心拉拔试验,分析了分级粒径ECC和BFRP筋表面形式及直径对BFRP筋/ECC粘结性能及粘结-滑移曲线的影响。结果表明,BFRP筋/ECC的破坏模式分为BFRP筋拔出破坏和BFRP筋拉伸破坏。选取BFRP筋/ECC粘结-滑移曲线中的残余波浪段各峰值应力点,采用拟合直线斜率的绝对值|k|表征ECC对BFRP筋横肋的磨损程度,当|k|值≥0.144时,BFRP筋横肋会被完全磨损,当|k|值＜0.144时,BFRP筋横肋会被磨损至与填充其凹陷的ECC齐平。BFRP筋/ECC的平均粘结强度随骨料粒径的变化并不显著,分级粒径ECC可使BFRP筋/ECC的平均粘结强度提高3.2%~9.6%,采用骨料粒径为0.15~0.3 mm的BFRP筋/ECC粘结性能最优。BFRP筋的直径越大,BFRP筋/ECC的平均粘结强度越小,BFRP筋直径为12 mm的BFRP筋/ECC平均粘结强度与BFRP筋直径为8 mm、10 mm的BFRP筋/ECC相比降低分别约8.2%、4.4%。采用浅螺纹BFRP筋的BFRP筋/ECC,平均粘结强度下降83.7%,但其整体粘结应力变化较为平稳,对ECC和BFRP筋的损伤程度均最小。减小BFRP筋直径、ECC骨料粒径,或BFRP筋/ECC自由端处BFRP筋的肋深,有助于提高BFRP筋/ECC的粘结性能及稳定性。     

冻融循环作用下嵌入式BFRP筋与混凝土粘结性能研究

为探究高寒地区冻融循环作用对嵌入式FRP加固混凝土界面粘结耐久性能的影响,针对玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋嵌入式加固混凝土结构,通过采用环氧树脂胶(EP)和高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)作为粘结材料的嵌入式FRP筋-从混凝土中拉拔试验,分析冻融循环作用下嵌入式FRP-混凝土相邻层之间的破坏模式和粘结退化机理,研究冻融循环次数、粘结材料、混凝土基体性能对粘结性能的影响。结果表明:不同侵蚀条件下试件破坏模式基本表现为胶基体与混凝土剪切破坏、胶基体劈裂破坏、毗邻混凝土-胶界面混凝土薄层剪切破坏、ECC基体与混凝土剪切破坏、FRP与ECC界面粘结破坏五种破坏模式,试件的极限粘结承载力随着循环次数的增加而呈不同程度的下降,50次循环内对试件粘结性能的影响较小,ECC试件相比环氧树脂胶试件,粘结承载力低,但表现出良好的延性。     

不同龄期下SHCC拉伸性能试验测定与分析

直接拉伸试验是最能反映SHCC材料应变硬化与多微开裂特性的可行性试验,也是获得材料单轴拉伸应力-应变曲线的唯一可行方法。本文拟通过对不同龄期下每组三个试件进行直接拉伸试验,获得SHCC应力-应变全曲线,并在试验过程中观察不同龄期试件的裂缝发展情况。研究结果表明:任何龄期下的试件均表现出明显的应变硬化特性,且其极限拉应变均能达到甚至超过3%;不同龄期下试件的裂缝间距不同,即开裂特性有所差别;随着龄期的增加,试件强度提高而韧性有所下降。本文所得结果可为该材料在实际工程中的推广应用提供理论指导。     

温度对纤维增强塑料筋本构关系影响研究

为研究温度对纤维增强塑料筋本构关系的影响,对直径8玄武岩增强塑料(BFRP)筋和玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋恒温20～120℃后进行纵向拉伸试验,得出其本构关系随温度的变化规律曲线。通过分析BFRP和GFRP筋受拉后变形的特征以及本构关系的变化曲线,用回归分析法得出BFRP和GFRP筋弹性模量在不同温度范围内的变化规律。结果表明:在BFRP与GFRP筋破坏之前,两者应力与应变曲线均呈现线性的增长趋势,无相对明显的屈服阶段。随恒温温度的增加,BFRP筋拉伸弹性模量呈现递增趋势,增长幅度达到5. 4%;恒温温度在20～100℃范围内,GFRP筋拉伸弹性模量出现增加的趋势,在100～120℃范围内呈现递减的变化规律,变化幅度达到13. 9%,GFRP筋弹性模量受温度影响较BFRP敏感。     

BFRP筋轴心受压力学性能试验研究

为详细考察玄武岩纤维增强复合筋(BFRP)的轴心受压力学性能,设计制作了36个受压试件,测试BFRP筋的受压破坏模式、抗压强度、压缩弹性模量、压缩变形率,研究直径、长细比、破坏模式对BFRP筋受压力学性能的影响.试验结果表明,BFRP筋的受压破坏模式分为剪切、胀裂、失稳三种,以剪切破坏为主;受压应力—应变关系为线弹性,...     

Electrical Resistance of SiC Fiber Reinforced SiC/Si Matrix Composites at Room Temperature during Tensile Testing

The implementation of Ceramic Matrix Composites necessitates the understanding of stress‐dependent damage evolution. Toward this goal, two liquid silicon infiltrated SiCf reinforced SiC composites were tensile tested with electrical resistance (ER) monitoring as well as acoustic emission to quantify matrix cracking. ER was modeled using a combination of resistors in series and parallel to model transverse matrix cracks and fiber/matrix segments between matrix cracks. It is shown that resistance change is sensitive to transverse matrix crack formation and stress‐dependent debonding length. The model appears to be accurate up to the stress for matrix crack saturation.     

FRP筋高韧性纤维混凝土复合结构抗震性能研究进展

高韧性纤维混凝土(ECC)具有优异的韧性、卓越的耗散能力及裂缝无害化分布的特点,在结构抗震中有极其优良的性能;FRP筋强度高,耐腐蚀性好。当两者结合起来使用时不仅克服了普通混凝土的不足,还能满足结构耐久性和特殊性能的要求。介绍了FRP筋与ECC之间的粘结工作机制,及其组成构件和结构的抗震性能。国内外研究表明,在抗震结构中使用FRP筋ECC构件,可以减少残余变形,提供相对大的弹性变形的能力。最后简要概述了针对FRP筋ECC复合结构抗震性能评价的综合性能指标法,提出了还需进一步研究完善的方向。     

De-icing salt scaling resistance of mechanically loaded engineered cementitious composites

This paper reports the durability performance of non-air-entrained Engineered Cementitious Composites (ECC) with different fly ash content when subjected to mechanical loading and freezing and thawing cycles in the presence of de-icing salt. ECC is a newly developed high performance fiber reinforced cementitious composite with substantial benefit in both high ductility in excess of 3% under uniaxial tensile loading and improved durability due to intrinsically tight crack width. After 50 freezing and thawing cycles in the presence of de-icing salt, the surface condition visual rating and total mass of the scaling residue of ECC, even those with high volume fly ash content, remain within acceptable limits according to the ASTM C 672. This level of durability holds true even for specimens pre-loaded to cracking at high deformation level. Non-air-entrained mortar specimens with and without fly ash were also used as reference specimens. As expected, these mortar prisms under identical testing conditions deteriorated severely. Pre-loaded and virgin (no pre-loading) ECC coupon specimens were also exposed to freezing and thawing cycles in the presence of de-icing salts for 25 and 50 cycles to determine their residual tensile behavior. The reloaded specimens showed negligible loss of ductility, but retained the multiple micro-cracking behavior and tensile strain capacity of more than 3%. It is also discovered that multiple micro-cracks due to mechanical loading will heal sufficiently under freezing and thawing cycles in the presence of salt solutions to restore nearly the original stiffness. These results confirmed that ECC, both virgin and micro-cracked, remain durable despite exposure to freezing and thawing cycles in the presence of de-icing salts.     

Crack Initiation in Unidirectional Brittle-Matrix Composites

This paper describes the initiation of matrix cracking for glass and glass-ceramic matrix composites reinforced with small-diameter silicon carbide and carbon fibers under uniaxial tensile loading. Acoustic emission, replication, and optical microscopy in conjunction with stress-strain curves are employed to detect the initiation of matrix cracking. The proportional limit of the stress-strain curve is found to overestimate the initiation of matrix cracking in the material systems studied. The matrix cracking iniates at axial strains from 0.07% to 0.15%. The ACK model overestimates the initiation of the matrix cracking for the material systems studied in this paper.     

玄武岩纤维编织网的网格尺寸对混凝土拉伸性能的影响

为研究网格尺寸对玄武岩纤维编织网增强混凝土(BTRC)拉伸性能的影响,进行了不同网格尺寸的4组48个试件的BTRC薄板单轴拉伸试验,分别从宏观和细观尺度分析BTRC薄板的破坏模式。在分析过程中采用ACK模型验证BTRC薄板拉伸的本构关系方程,并通过有限元模拟对结果进行对比验证。结果表明:BTRC薄板在拉伸荷载下呈明显的应变硬化特点;BTRC薄板的破坏模式为典型的脱黏破坏,且网格尺寸越小,纤维编织网与混凝土之间的黏结性能越好,单裂缝开展的细小裂纹越多;玄武岩纤维编织网不会改变混凝土的开裂强度,却能明显地提高其极限抗拉强度;编织网的网格尺寸越小,有效受力纤维束越多,抗拉强度越高。