装配式桥梁湿接缝混凝土变形及界面性能研究

探讨了膨胀剂掺量、养护条件和界面状况对湿接缝混凝土的力学强度、变形特征、界面黏结强度及黏结抗渗性能的影响。试验结果表明:限制养护条件下微膨胀混凝土力学强度较同龄期自由养护试件均有提高,外部约束有利于提高其力学强度;养护条件对湿接缝混凝土的变形性能具有显著影响,工程应用中湿接缝混凝土应进行不少于14 d的湿养护;光面、粗糙面和界面剂处理三种接缝界面状态下,粗糙面试件的黏结劈裂抗拉强度和黏结抗渗性能最高,光面试件最低。涂刷界面剂后黏结劈裂抗拉强度略高于光面试件,但是黏结抗渗性能明显优于光面试件,渗透系数比光面试件降低了73.5%。     

氯盐环境下粗糙度对混凝土加固梁界面性能影响研究

针对混凝土表面粗糙程度对纤维布加固性能影响的研究不多的现状,采用数显干分表仪器并结合分形理论,对混凝土黏结面进行量化处理,结果表明分形维数可以作为量化评定混凝土黏结面粗糙程度的一个参数。在此基础上分析氯盐环境下粗糙度对混凝土界面力学性能的影响。试验结果表明:混凝土表面越粗糙,抗剪切能力越强,界面破坏越延迟,界面能越大。不同粗糙度界面有效传递距离为100~120 mm,界面越粗糙,有效传递距离越大,黏结性能越好,粗糙度f5的试件比粗糙度f0的试件黏结强度提高78%,极限位移提高200%。氯盐环境下混凝土与碳纤维复材界面应力滑移曲线中,界面越粗糙,脆性区间越长,材料反映的脆性性质越多,而进入塑性阶段,6种界面的黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.6~1.0 mm不等的滑移值撕裂破坏。     

粗糙度对CFRP 混凝土界面剪切黏结性能的影响

针对3种强度、6种界面粗糙度的54块混凝土试件,采用单向剪切试验,研究了表面粗糙度对碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土梁界面黏结性能的影响.结果表明:6种界面中,粗糙度为0.44的混凝土试件界面黏结性能最佳,CFRP-混凝土的极限荷载和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%~51%,124%~221%;粗糙度对混凝土界面有效黏结长度影响较大,与现有模型中的有效黏结长度计算值相比,考虑粗糙度和黏结树脂后的有效黏结长度最高可提高273%;6种界面的有效黏结长度随粗糙度的提高,总体呈现减小趋势;粗糙度为0.25~0.44的混凝土界面τ-s曲线在脆性区域上的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越短;进入塑性阶段后,6种界面的CFRP-混凝土梁黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.04~0.35mm的滑移值剥离破坏.     

钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性能试验研究

对圆柱台体试件的钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性进行了系统的试验研究,分析了界面粗糙度、界面剂和钢纤维含量对黏结面渗透性的影响.在相同的条件下,通过试验对比分析,得到了钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性与普通新老混凝土黏结面、钢纤维混凝土本体的渗透性规律的差异性和相似性.研究表明:界面剂的使用、适量提高钢纤维含量可以作为改善钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性的有效措施,界面粗糙度对于黏结面渗透性影响不大.在试验的基础上通过回归分析得到了一个精度较高的黏结面平均渗透系数计算公式.     

FRP网格-ECC复合层加固混凝土界面定量化处理及黏结性能试验研究

针对传统纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)网格-工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites, ECC)复合层加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)结构存在界面处理质量无法保证的问题,提出通过对混凝土表面钻孔定量化描述界面粗糙度的改良FRP网格-ECC复合层加固方法,并建立了粗糙度评价指标,即界面处理率。为研究不同界面处理率下复合层与混凝土之间的界面黏结性能,开展复合层抗拉试验研究其材料性能,并对4组12个双剪试件进行试验,考察不同界面处理率对复合层与混凝土黏结剪切性能的影响。研究结果表明：复合层的拉伸应力-应变曲线呈双线性,抗拉强度为10.62 MPa,极限拉应变为0.0138;未界面处理的试件发生了界面剥离破坏,经界面处理后试件随着界面处理率的增大,破坏模式逐渐从临界断裂破坏向复合层断裂破坏过渡,即定量化界面处理的改良加固法可抑制界面的剥离,且可在一定程度上控制界面破坏形态;基于现有FRP片材-混凝土的黏结滑移模型,并考虑FRP网格-ECC复合层整体受力行为和界面处理率...     

间歇浇筑板式混凝土的早期约束收缩效应分析

以桥梁高性能混凝土为研究对象,测试老混凝土约束下新混凝土板的收缩变形。通过试验分析界面粗糙度对其影响,并考察混凝土内部早期温、湿度变化与收缩应变的关系,分析养护时间对混凝土材料收缩应力的影响。结果表明:老混凝土约束下的新混凝土厚度随新老混凝土黏结界面粗糙度的提高而增大,新混凝土内部拉应力随界面粗糙度的提高而降低,但新、老混凝土界面粗糙度对黏结面处的收缩影响不显著;距黏结面越近的截面收缩应变越小,在黏结面处达到最小,表现出显著的不均匀性,并随龄期逐渐增大。延长养护时间可减小混凝土收缩变形和内部由于不均匀收缩导致的拉应力,降低混凝土板早期开裂的风险。     

骨料-砂浆界面过渡区力学特性试验

骨料-砂浆形成的界面过渡区对混凝土力学性能有显著影响,界面过渡区力学参数是开展混凝土细观数值模拟的基本力学参数。以大理石板的光滑面和粗糙面分别代表卵石和人工碎石骨料表面,应用岩体节理粗糙度系数测试原理和方法对其表面的粗糙度进行表征。分别对3种强度等级混凝土、2种最大骨料粒径的6种混凝土骨料-砂浆界面过渡区开展劈裂抗拉、变角剪切和三点弯曲断裂试验。试验结果表明,界面过渡区的劈裂抗拉强度、抗剪强度、断裂韧度较原配合比的混凝土低,约为原混凝土强度的50%。随着混凝土强度等级提高,界面抗拉强度、黏聚强度和断裂韧度增大,摩擦角有减小的趋势。增大骨料表面粗糙度、减小最大骨料粒径可以提高界面抗拉强度和断裂韧度。在相同强度等级和界面粗糙度情况,界面黏聚强度则随骨料粒径增大而增大,其规律与抗拉强度和断裂韧度相反。     

受栓钉强度控制的钢板-混凝土界面黏结滑移性能试验与本构模型

以预应力型钢-混凝土界面为研究对象,旨在建立钢板-混凝土栓钉连接界面黏结滑移的本构关系。研究以混凝土强度、栓钉数量及法向压应力为变量,采用正交试验法对18个钢板-混凝土界面试件进行剪切试验。试验界面取为原型界面足够小的单元,使其能代表该单元内一点处的性能,从而探讨一点处的黏结滑移性能,并得到一点处的黏结应力-滑移关系曲线。结果表明：试验后期均发生栓钉剪断造成黏结应力骤降的破坏。混凝土强度和法向压应力的增加对界面的屈服、峰值和残余黏结应力均有提高作用;栓钉含量对界面的屈服及残余黏结应力影响不大,但可提高界面的峰值黏结应力,还可增大峰值黏结应力点的滑移及残余段初始滑移,提高延性。基于试验结果分别建立了无栓钉、含单栓钉和含双栓钉的钢板-混凝土界面黏结滑移本构模型,统计回归了模型中特征点的应力及滑移等参数的算式。所提模型与试验结果吻合良好,达到了在黏结滑移本构关系中考虑栓钉影响的目的。     

混凝土表面粗糙度参数下的CFRP-混凝土界面抗冻性研究

为了研究不同混凝土表面粗糙度在盐冻环境下的CFRP-混凝土界面黏结性能退化规律,通过制作具有三面粗糙度的CFRP-混凝土试块,开展了84次CFRP-混凝土界面正拉黏结试验。探讨了混凝土强度、界面粗糙度、盐冻循环次数对CFRP-混凝土梁界面黏结性能的影响,建立了基于粗糙度f_i,盐冻循环次数n两参数下的界面剥离承载力回归模型,基于SEM检测技术分析了界面性能退化机理。结果表明:混凝土强度对界面黏结性能影响不大,当混凝土表面粗糙度为0.33时,界面黏结性能最佳;平均单个粗骨料漏出尺寸为整个粗糙度的20%时,界面黏结效果最好;在(-15～8)℃范围内,6次盐冻循环后,界面开始出现劣化,到了12次界面黏结性能降低较为明显。     

原竹保温材料界面黏结滑移性能试验研究

为研究原竹-保温材料界面的黏结应力与滑移分布,进行了12个试件的拉拔试验,研究了界面的破坏模式、黏结机理及影响黏结强度的因素,并给出了提高原竹-保温材料界面黏结性能的措施.结果表明:原竹-保温材料界面的黏结力由化学胶结力、机械咬合力及摩擦力3部分组成.原竹-保温材料界面的滑移过程可分为4个阶段:无滑移阶段、滑移阶段、摩擦阶段、后滑移阶段.保温材料包裹原竹的长度越长、原竹表面越粗糙、原竹直径越小,其界面黏结强度越大,其中原竹表面粗糙度的影响最大.对原竹表面进行粗糙化处理、选用直径较小的原竹、用保温材料将原竹全面包裹可提高原竹-保温材料界面的黏结性能.     

碳纤维编织网增强超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的试验研究

短纤维增强超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,通常称为ECC材料)可以将传统水泥基材料在抗拉荷载下单一裂纹的宏观开裂模式转化为多条细密裂缝的微观开裂模式,其极限拉伸应变可达2%甚至达6%,具有典型的应变硬化特性、显著的韧性特征和优良的耐久性能。纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,简称TRC)同样是一种新型的纤维增强水泥基复合材料,在这种复合材料结构中,直接将纤维粗纱沿混凝土结构中的应力主向连续布置,纤维对基体的增强效果得到了显著提高。采用纤维编织网与PVA短纤维相结合研究开发新型混凝土结构防裂新技术,结合PVA短纤维增强ECC和纤维编织网两种材料的优点,可以获得更为优良的抗裂和控制裂缝的能力,从而极大程度地提高混凝土结构的耐久性和使用寿命。通过四点弯曲试验,研究纤维编织网表面处理方法、水胶比、PVA纤维掺量对此种复合材料裂缝控制能力和承载能力的影响,并与TRC的弯曲性能作了比较。     

不同FRP增强混凝土梁断裂性能试验研究

为了探讨不同种类纤维增强复合材料（FRP）增强带裂缝混凝土的断裂性能,开展了芳纶纤维增强复合材料（AFRP）、碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）增强带裂缝混凝土梁的三点弯曲试验,分析了其断裂性能参数.结果表明：相对于普通混凝土梁试件,FRP对带裂缝混凝土梁的阻裂加固效果更明显;CFRP增强混凝土梁的起裂荷载和失稳荷载均大于AFRP与GFRP增强混凝土梁,CFRP的阻裂增强效果最佳;AFRP增强混凝土梁和CFRP增强混凝土梁的破坏形式均为试件底部混凝土 FRP界面的剥离破坏,GFRP增强混凝土梁的破坏形式为试件底部GFRP的拉断破坏;通过对不同FRP增强混凝土梁阻裂加固机理的分析,计算得出CFRP增强混凝土梁的起裂韧度和失稳韧度最大,且CFRP价格适中,因此使用CFRP对带裂缝混凝土梁进行增强加固的性价比最优.     

钢筋混凝土界面剪力传递性能试验研究

以受剪钢筋配筋率、界面特性、加载方式及加载偏心为试验参数，对12个钢筋混凝土推剪试件进行试验研究。分析试件的破坏形态、滞回特性、承载力与刚度退化特性，研究各试验参数对界面受剪承载力的影响。结果表明：循环反复加载试件发生典型的剪切破坏；在文中试验参数下，影响界面受剪承载力的主要因素依次为界面特性、受剪钢筋配筋率、加载方式及加载偏心；循环反复荷载将引起界面受剪承载力降低，对整浇界面受剪承载力降低影响较小，而对新旧混凝土界面受剪承载力降低影响较大。根据试验结果并结合相关试验数据，对钢筋混凝土界面受剪承载力计算方法提出建议。通过与试验值及已有公式计算结果比较可知，建议计算式的计算结果与试验结果吻合较好。     

不同加载速率下CFRP加固混凝土梁动态力学性能试验研究

混凝土动态力学行为具有明显的率相关性,为此对CFRP加固混凝土梁试件开展了4种加载速率(0. 1、0. 01、0. 001 mm/s和0. 000 5 mm/s)下的力学性能试验,通过位移控制的单调加载方式研究不同加载速率对CFRP加固混凝土梁试件的破坏过程、荷载-裂缝张口位移曲线、断裂能和延性指数的影响。基于实时、动态的声发射无损检测技术,对不同加载速率下CFRP加固混凝土梁断裂过程中的声发射参量进行识别和采集,从声发射角度分析了CFRP加固混凝土梁的受力特性。结果表明:低加载速率下,试件侧面预制缝附近伴有其他裂缝产生,且加载速率越低,其裂缝越明显; CFRP加固混凝土梁的开裂、极限、破坏荷载随加载速率的提高而增大;随着加载速率的提高,CFRP加固混凝土梁的断裂能和延性指数均明显增大;声发射累积振铃计数随加载速率的提高而增大。     

新老混凝土粘结的劈拉性能研究

新老混凝土粘结问题的研究,对混凝土结构的修补和加固具有重要的理论和实际意义。在实际修补工程中具有发展前景的粘结面处理方法———高压水射法处理粘结面,在定量测出其粗糙度后,制成新老混凝土粘结劈拉试件,通过试验研究,得出了不同新混凝土浇筑方向、不同粘结面粗糙度对新老混凝土粘结劈拉性能的影响规律     

单轴压缩条件下锚杆影响脆性岩体破裂的细观机制

锚杆支护系统是控制深部脆性围岩动力灾害的重要措施,但锚固理论研究仍滞后,锚杆支护下的脆性岩体破坏问题困扰着深部岩体工程实践。根据实际工程中锚杆支护下脆性围岩的浅表局部破坏特点,通过室内相似模型试验研究单轴压缩条件下锚杆杆径影响完整脆性岩体的破坏特性,试验表明,锚杆杆径对脆性岩体弹性模量和强度的提升存在最优匹配的特点,一味强调增大锚杆直径并不能达到理想的围岩控制效果;锚杆改变了脆性岩体单轴压缩破坏模式,宏观上由劈裂破坏转为剪切破坏,杆径对试样剪切破坏的程度有所影响。从细观角度,建立了含两条固有主裂纹的裂纹扩展分析模型,加锚试样单轴压缩破裂模式的改变,可以归结为锚杆锚固止裂效应对试样内部裂纹扩展的抑制作用,使翼裂纹与主裂纹长度比η变小。根据最易开裂角度ζ的计算结果,翼裂纹较长时,翼裂纹朝外载作用方向扩展,产生劈裂破坏,翼裂纹较短时,翼裂纹偏离外载作用方向扩展,产生剪切破坏。从细观上很好地解释了锚杆改变脆性岩体破裂模式的作用机制。     

Numerical Analysis of Debonding Mechanisms in FRP-Strengthened RC Beams

Abstract:   Fiber-reinforced polymer (FRP) composites have been increasingly used as externally bonded reinforcement in lieu of their steel counterpart in the rehabilitation and retrofit of existing concrete structures. Without proper understanding of interfacial fracture behavior and failure mechanisms, it is impossible to efficiently develop an effective and rational FRP bonding technique. This article is mainly focused on clarifying the debonding behavior and failure mechanisms caused by different types of flexural crack distributions in FRP-strengthened R/C beams, which has not been solved so far. Using a discrete crack model for concrete crack propagation and a bilinear bond–slip relationship with softening behavior to represent FRP–concrete interfacial behavior, a nonlinear fracture mechanics-based finite-element analysis is performed to investigate the effects of crack spacing and interfacial parameters such as stiffness, local bond strength, and fracture energy on the initiation and propagation of the debonding and the structural performance. It is shown that the debonding behavior and load-carrying capacity are significantly influenced by two important factors: interfacial fracture energy and crack spacing in relation to the effective transfer length of FRP sheets. Based on the numerical results, some suggestions concerning the effect of interfacial properties are made as practical design aids.     

超高性能混凝土-普通混凝土界面抗剪性能试验研究

力学性能和耐久性优异的超高性能混凝土(UHPC)非常适用于损伤普通混凝土(NC)结构的修复加固,其中UHPC-NC界面的抗剪性能对确保良好的加固效果至关重要。论文通过7组抗剪推出试验,评估NC表面光滑、凿毛、露筋、刻槽、钻孔和植筋等UHPC-NC界面的抗剪性能和破坏模式;并利用斜剪试验,探讨UHPC龄期、NC基体湿润度、NC表面粗糙度和UHPC养护条件对界面抗剪强度的影响。试验结果表明,UHPC-NC界面抗剪黏结性能优异,界面破坏方式基本为NC剪切破坏或界面+NC破坏两种模式,未出现完全的界面剥离破坏。NC表面粗糙度是影响界面抗剪强度的主要因素,凿毛或刻槽的UHPC-NC界面获得了最佳的抗剪承载力,植筋和刻槽界面在抗剪破坏时表现出较好的延性。此外,NC越湿润,UHPC-NC界面的抗剪强度越高,在UHPC早期龄期(3～7d)时界面可获得绝大部分抗剪强度(88.5%～95.0%),在常温养护条件下UHPC-NC界面的抗剪性能优于高温养护界面。     

测量新老混凝土粘结面粗糙度的方法

定量描述新老混凝土粘结面的粗糙度对研究新老混凝土的粘结性能至关重要.试验结果表明,高压水射法处理的粘结面具有分数维结构.分别采用灌砂法和分数维法测量新老混凝土粘结面粗糙度,结果表明二者之间具有较好的线性关系.灌砂法操作简便,为工程实践和试验研究提供了可作参考的粘结面粗糙度的测试方法.     

CFRP板加固高强混凝土梁试验研究

通过三点弯曲试验,并利用CCD相机及数字散斑分析技术研究了CFRP板裂缝扩展至破坏的全过程。结果表明:各因素对试件承载力的影响程度从大到小依次为CFRP板厚、加载速率、裂缝深度、混凝土强度;粘贴CFRP板的高强混凝土试件破坏是由混凝土剪切破坏引起的CFRP板粘贴胶层与混凝土之间的界面剥离破坏,其从裂缝开始扩展到完全破坏的时间明显长于未粘贴CFRP板的试件;黏结界面仍是外粘CFRP板加固高强混凝土构件的薄弱部位。