超强韧性混凝土与钢筋黏结性能研究

通过超强韧性混凝土(PP ECC)与钢筋的黏结性能试验,分析黏结滑移曲线特点,研究了黏结强度的影响因素。结果显示,黏结强度随着随着钢筋埋长的增大而减小,随着钢筋直径的增加而降低;PP ECC中的PP纤维能够提高钢筋与水泥基材料的极限黏结强度,提高极限黏结强度所对应的滑移值。通过试验结果分析,得出PP ECC与钢筋的连续曲线黏结滑移模型。     

GFRP筋与超高韧性水泥基复合材料 黏结性能试验研究

纤维增强复合材料筋(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)具有超高的抗拉强度,有望在恶劣环境下代替钢筋使用;但是GFRP筋弹性模量较小,导致GFRP筋增强混凝土结构变形和裂缝宽度较大,影响正常使用。超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)作为一种高性能土木工程建筑材料,与普通混凝土相比具有超高韧性、应变硬化、多级开裂和细密裂缝特征。GFRP筋增强ECC结构能够实现较小的裂缝宽度和超高耐久性能,因此具有良好的应用前景。然而,FRP筋与ECC之间的黏结性能尚不清楚,相关文献较少。拟开展FRP筋与不同强度和韧性的ECC材料的黏结性能试验研究,通过中心拉拔试验,测试其拔出承载力和端部黏结滑移,描述试验现象,分析其黏结滑移曲线特征。分析了ECC材料不同强度和韧性对于黏结性能的影响。研究发现:ECC材料和FRP筋的中心拉拔试验荷载-滑移曲线由上升段,下降段和波浪状的残余段3部分组成;ECC材料较高的强度和韧性对FRP与ECC的黏结强度都发挥着有利的作用;FRP与ECC的黏结强度是ECC强度和韧性综合影响的结果,其并不随着单一因素的提高而提高。     

高强钢丝绳与聚合物改性水泥砂浆黏结滑移性能试验研究

高强钢丝绳与聚合物改性水泥砂浆(简称:聚合物砂浆)之间的有效黏结能更好地发挥加固复合层各材料特性,保证协同作用,因此,研究高强钢丝绳与聚合物砂浆间的黏结滑移性能对该加固技术的设计理论及工程应用推广具有重要的理论意义和实用价值。对27个试件进行中心拉拔试验,测定并分析了试件的P-s曲线,探讨了界面黏结滑移特性,得到了钢丝绳锚固长度、钢丝绳直径、聚合物砂浆强度和加载速率等因素对其黏结性能的影响规律,为该加固工程设计提供必要参考。     

加固用丁苯混凝土长期黏结性能及机理研究

研究了加固用丁苯乳液水泥基混凝土/砂浆/浆体与既有混凝土的长期黏结性能,对此类聚合物水泥基材料长期黏结性能作用机理进行试验研究。结果表明,丁苯浆体斜剪、直剪、受折、轴向拉伸及丁苯混凝土劈裂强度性能优越,丁苯砂浆的长期水泥水化程度较高和其特有的有益的水泥水化变化规律相关,丁苯砂浆受热和干缩变形规律不损害其长期黏结性能,有些变形甚至对其长期黏结性能有益,电镜照片显示其界面黏结效果良好,与其宏观良好的长期黏结性能相一致,诠释和推证了其长期黏结机理。研究成果有助于理解此类聚合物水泥基材料的中长期黏结性能,并对实际工程应用中正确选用界面黏结材料及评价黏结效果提供参考。     

FRP片材加固混凝土结构黏结界面损伤分析

FRP(纤维增强复合材料)片材与混凝土界面的黏结性能是黏贴FRP片材加同混凝土结构中的关键问题.从损伤力学的角度出发,定义了FRP片材加固混凝土结构黏结滑移中的损伤变量,建立了界面黏结滑移的损伤模型,推导了损伤-滑移本构方程,分析了FRP加固混凝土结构黏结滑移破坏的损伤机理.     

纤维增强复合筋与混凝土黏结性能试验及黏结-滑移本构关系模型

对30个纤维增强复合材料(FRP)筋-混凝土黏结试件进行了拉拔试验,研究了FRP筋类型、直径、黏结长度与混凝土强度等级对界面黏结性能的影响。在试验研究基础上,建立了预测界面黏结强度和黏结剪应力-滑移本构关系模型,并与试验结果进行了比较分析。试验结果表明,破坏模式为FRP筋滑移拔出或者FRP筋断裂。4个试验变量中FRP筋类型对界面黏结强度影响最为显著。计算结果表明,建立的预测模型与试验值吻合较好,可以有效地预测FRP筋与混凝土界面的黏结强度和黏结剪应力-滑移关系曲线。     

FRP与混凝土界面黏结-滑移本构关系的试验研究

FRP与混凝土的黏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黏结性能进行了试验研究,考察混凝土强度和FRP黏结长度对黏结性能的影响,分析了FRP应变以及局部黏结剪应力发展规律以及沿黏结长度在各级荷载下的分布规律,计算得到了局部黏结剪应力-滑移关系曲线。通过对试验结果的统计回归分析,提出3种不同复杂程度的局部黏结剪应力-滑移本构关系模型,3种本构关系模型与试验结果都吻合较好,可供实际加固改造工程应用以及完善相应规范的编制参考。     

荷载与冻融循环对CFRP高强混凝土界面黏结性能影响

通过双剪试验,研究了冻融循环和持续荷载共同作用下碳纤维增强复合材料(CFRP)-高强混凝土界面的黏结性能.结果表明:冻融循环和持载作用均对CFRP-高强混凝土的黏结性能产生了不利影响,冻融循环使其极限荷载和极限黏结滑移显著减小,持载则降低了其黏结刚度;冻融循环和持载的共同作用使界面黏结性能退化进一步加剧,而有效黏结长度增加.此外,界面的破坏形式由树脂与混凝土之间的黏结破坏转变为表层混凝土的剪切破坏,说明冻融循环和持载作用引起的混凝土劣化是导致界面黏结性能降低的主要原因.     

冻融循环下废弃纤维再生混凝土与钢筋的黏结性能

首先通过冻融循环试验,研究冻融循环次数、再生骨料取代率、废弃纤维体积分数对再生混凝土与钢筋黏结性能的影响.其次从能量守恒与耗散的角度分析黏结性能损伤机理.最后基于损伤和强度劣化理论建立了黏结-滑移模型.结果表明：废弃纤维再生混凝土与钢筋的黏结性能随着冻融循环次数和再生骨料取代率的增大而降低;在再生混凝土中掺入废弃纤维可以显著提升黏结性能;当废弃纤维体积分数为0.12%时,黏结强度提升了11.35%;建立的黏结-滑移模型较好地表征了黏结强度与相对抗压强度之间的关系.     

加速老化环境下GFRP/BFRP复合水泥板与混凝土的界面黏结性能研究

通过对GFRP低碱度水泥复合板与混凝土、BFRP硅酸盐水泥复合板与混凝土及GFRP硅酸盐水泥复合板与混凝土3种类型的复合试件分别进行0、3、7、11 d的加速老化试验,然后再进行推出剪切试验,研究加速老化环境对这三类复合试件的界面黏结性能的影响。研究结果表明:随着加速老化龄期的增长,三类复合试件的界面黏结强度、界面最大滑移量和界面最大应变值都呈明显的下降趋势,界面黏结性能退化显著;由于GFRP耐碱性能差,GFRP低碱度水泥复合试件的界面黏结性能明显比GFRP硅酸盐水泥复合试件良好;此类复合构件在加速老化环境下依靠界面自然黏结是不可靠的,建议实际工程使用时在界面处设置更为可靠的抗剪连接件。     

地聚物混凝土与钢筋黏结性能研究

对24个钢筋-地聚物混凝土黏结试件进行中心拉拔试验,分析钢筋与地聚物混凝土的黏结 破坏机理,考察地聚物混凝土抗压和劈裂抗拉强度、钢筋类型、钢筋直径、混凝土保护层厚度 及钢筋黏结长度等因素对钢筋-地聚物混凝土黏结性能的影响,并与钢筋-普通水泥混凝土之间 的黏结性能进行比较。实验结果表明,当钢筋的黏结长度为5d时,相对保护层厚度c/d =3.67为 变形钢筋-地聚物混凝土中心拉拔试件破坏模式由拔出破坏向劈裂破坏转变的临界点;对于d=14 mm的钢筋-地聚物混凝土中心拉拔试件,9d的钢筋黏结长度可使钢筋屈服先于钢筋拔出或混凝土 劈裂发生。基于实验结果,还建立了变形钢筋-地聚物混凝土的黏结-滑移本构模型,采用该模 型计算得到的不同直径的变形钢筋-地聚物混凝土的黏结-滑移曲线与实测曲线接近。     

锈蚀与冻融耦合作用下再生混凝土与钢筋黏结性能梁式试验研究

为了研究锈蚀与冻融循环耦合作用下再生混凝土与钢筋的黏结滑移性能,以钢筋锈蚀率及冻融循环次数为变量,对耦合作用下的钢筋再生混凝土梁试件进行试验,分析其黏结滑移特征值变化规律,并与普通混凝土梁试件进行比较。根据试验结果建立钢筋再生混凝土黏结 滑移本构关系。结果表明：各组试件均发生纵筋拔出破坏;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,冻融循环较钢筋锈蚀对黏结性能的影响更大;平均黏结应力-滑移曲线可大致分为线性上升段、非线性上升段、非线性下降段及残余段;再生混凝土试件的各黏结滑移特征值的波动幅度相对于普通混凝土的较大;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,再生混凝土与钢筋间的化学胶着力要优于普通混凝土;普通混凝土的起始黏结应力与极限黏结应力的比值介于0.38~0.49之间,低于再生混凝土试件,再生混凝土抗滑移性能优于普通混凝土的。建立了考虑钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下的钢筋与再生混凝土黏结滑移本构关系,可为北方地区锈蚀率小于3%的再生混凝土梁黏结性能研究提供参考。     

高强不锈钢绞线网与ECC黏结-滑移关系模型

高强不锈钢绞线网与ECC的黏结是二者协同工作的基础,且黏结 滑移关系模型是其黏结性能的综合反映,故通过对17组51个高强不锈钢绞网增强ECC薄板试件进行单边拉拔试验,研究横向钢绞线间距、纵向钢绞线直径和相对锚固长度等因素对钢绞线网在ECC中黏结性能的影响规律。试验结果表明,横向钢绞线的设置可使黏结破坏由脆性破坏转变为延性破坏;高强不锈钢绞线网与ECC的黏结滑移曲线可分为5个阶段,分别为上升段、微降段、延性强化段、下降段和残余段。基于试验结果,对钢绞线网在ECC中的黏结破坏特征和黏结 滑移机理进行分析,在相关黏结-滑移关系模型的基础上,提出钢绞线网与ECC的黏结 滑移关系模型,并进行模型参数分析。所提模型及模型参数计算公式与试验结果吻合良好,能较好地反映钢绞线网与ECC的界面黏结滑移特征。     

3D打印水泥基材料制品的强度各向异性研究

为研究水泥基材料3D打印制品的强度各向异性,制备了具有不同材料组成的3D打印试件。通过测试打印试件在垂直和平行于打印方向上的力学性能,发现水泥基材料3D打印试件存在强度各向异性,提出了定量表征强度各向异性的数学表达式,分析了抗压强度各向异性的规律。养护龄期对强度各向异性的影响相比材料组成的影响更明显。抗折强度各向异性的绝对值在20%左右,并未发现明显规律。     

Experimental study and numerical analysis of the interfacial bonding performance of T-shaped concrete-filled steel tubes

The effects of core concrete strength (C30, C40, and C50), steel tube length (600, 1000, and 1400 mm), and steel tube wall thickness (3, 4, and 5 mm) on the bonding performance of T-shaped concrete-filled steel tubes (CFSTs) were systematically investigated using push-out test. Via the test, the patterns of the failure modes, load-slip curves, stress-slip curves, and distribution law of longitudinal strain were observed for the specimens, and the bond-slip constitutive model for T-shaped CFSTs was established. The test results indicate that the bond stress of T-shaped CFSTs increases with the increase in concrete strength and tube wall thickness, while the steel tube length has less influence on the bond stress. In addition, non-linear spring elements were used to simulate the interfacial bonding behavior based on the bond-slip equation, which is in good agreement with the experimental curve results.     

高温后方钢管高强混凝土界面黏结性能试验研究

为研究高温后方钢管高强混凝土的黏结性能,以混凝土强度、温度、锚固长度为变化参数,完成了17个方钢管高强混凝土试件的高温后静力推出试验。通过试验获取了各试件的荷载-滑移曲线及特征点参数,分析了各变化参数对黏结强度的影响;并基于试验分析,提出了高温后方钢管高强混凝土黏结滑移的本构关系。结果表明：加载端和自由端的荷载-滑移曲线形状相似;方钢管高强混凝土黏结强度与锚固长度成反比,并随恒定温度的升高呈现先增大后减小的变化趋势;试件黏结损伤的发展随历经恒定温度的升高而发展较迟且缓慢;界面黏结耗能能力总体上随混凝土强度的提高而增强、随历经温度的升高而下降的变化趋势;方钢管的应变与应力沿其长度方向均呈指数分布,由自由端向加载端减小。     

3D打印石膏试件的尺寸效应研究

尺寸效应是土木工程领域研究的重要课题.随着3D打印技术的广泛应用,了解3D打印试件的尺寸效应十分重要.本文通过五种尺寸的3D打印石膏立方体试件的单轴抗压试验研究3D打印石膏试件的尺寸效应,结果显示,3D打印石膏试件抗压强度随尺寸增大而降低,不同尺寸试件具有相似的破坏模式,但由于粘结点个数和位置具有一定的随机性,导致小尺...     

化学外加剂对3D打印水泥基材料抗冻性的影响

为探究3D打印成型水泥基材料的抗冻耐久性,制备了不同外加剂掺量的水泥基3D打印试件,通过加速冻融试验研究3D打印试件的质量损失和动弹性模量变化。结果表明,随着速凝剂掺量的增加,水泥基材料3D打印试件的质量损失增大,相对动弹性模量降低,抗冻耐久性变差。引气剂的加入可以减轻但无法完全阻止3D打印试件的表面剥落破坏,且未能明显减轻试件的内部损伤。随着增稠剂掺量的增加,3D打印试件的表面剥落量增大,相对动弹性模量的降低速率减缓,试件的内部损伤有所减轻。本研究对于3D打印水泥基材料用化学外加剂的选择、油墨材料组成设计及3D打印制品的服役性能评价均具有一定的指导意义。     

钢筋与钢纤维混凝土的黏结滑移性能及其关系模型

基于内贴应变片的钢筋与钢纤维混凝土局部黏结试件的拉拔试验,研究钢筋与不同强度钢纤维混凝土的黏结性能。通过对实测钢筋应变的分析,建立了以三次多项式表达的黏结应力分布函数,得到了各级荷载作用下钢筋与钢纤维混凝土黏结应力和相对滑移沿黏结区段的分布,进一步分析了钢纤维和混凝土强度对黏结性能的影响。结果表明,随钢纤维的体积率和混凝土强度的增大,黏结试件加载端附近的黏结应力提高,黏结应力极值总体向加载端靠拢;同时,加载端与自由端的滑移减小。最后,提出了能够较好反映钢筋与钢纤维混凝土受力过程的黏结-滑移关系模型。     

型钢再生混凝土黏结滑移推出试验及黏结强度分析

为研究型钢与再生混凝土界面之间的黏结滑移性能,以再生粗骨料取代率、型钢与再生混凝土的黏结部位、型钢保护层厚度、横向配箍率、再生骨料母料强度和再生骨料粒径等为变化参数,设计了22个型钢再生混凝土试件,采用位移控制的加载方法进行推出试验。通过观察试件的受力破坏过程,分析型钢与再生混凝土界面黏结失效机理,获取其裂缝发展形态、应力分布情况、加载端和自由端滑移分布规律;分析不同参数对型钢再生混凝土黏结滑移性能的影响规律。研究结果表明：型钢不同黏结部位与混凝土的黏结应力不同,翼缘内侧黏结应力最高,翼缘外侧次之,腹板黏结应力最小;黏结应力沿型钢埋置长度方向呈指数分布;再生骨料的母料混凝土使用时间越长,用其生产的骨料配置的同条件的混凝土强度越低;再生混凝土骨料粒径越小,再生混凝土与型钢的极限黏结强度越小。