抗剪加固FRP与混凝土界面粘结性能的试验研究

为了深入理解抗剪加固FRP与混凝土界面的粘结性能,该文对侧面粘贴FRP的21根预置裂缝小梁进行了试验研究。试验设计考虑了FRP粘结长度、宽度、厚度及FRP纤维方向与裂缝张开方向的角度(简称“FRP纤维受拉角度”,用θ表示)对FRP与混凝土界面粘结性能的影响。试验结果表明：1) 所用的预置裂缝小梁可以有效对FRP与混凝土的界面粘结性能进行试验研究;2) FRP粘结长度、宽度、厚度及纤维受拉角度等因素对粘结强度有明显影响;3) FRP应变沿宽度方向的分布是不均匀的,这主要是由于裂缝不均匀开展导致FRP在裂缝开展快的一边先剥离。     

型钢混凝土结构粘结滑移性能试验研究

进行了20榀试件的实腹式型钢混凝土粘结滑移性能的拉拔试验,分析了型钢与混凝土的粘结滑移机理、影响粘结滑移性能的主要因素以及沿锚固长度粘结应力和滑移量的分布规律,建立了型钢混凝土粘结强度和滑移量的计算公式,提出了型钢混凝土局部粘结破坏和整体粘结破坏极限荷载的计算原理与方法,根据混凝土板的冲切破坏理论,提出了确定临界保护层厚度的方法。研究成果为改进型钢混凝土结构的强度、刚度、变形、裂缝宽度计算理论以及进行这种结构的有限元分析提供了试验依据。     

钢管混凝土粘结-滑移性能试验研究及数值分析

在对三组9根不同的长细比、不同径厚比和不同含钢率的钢管混凝土轴压短柱推出试验研究的基础上,建立了钢管混凝土轴压短柱的非线性有限元分析模型并进行了数值分析。研究了钢管应力、钢管与混凝土的粘结应力和相对滑移沿钢管长度方向的变化规律。数值分析结果与试验结果吻合较好。该文试验及数值分析结果为进一步建立钢管混凝土粘结滑移本构关系提供了参考依据。     

GFRP-混凝土组合板界面抗剪连接性能的试验研究

FRP-混凝土组合板界面的可靠连接是保证其正常工作的基础。为考察组合板中的界面粘结性能,该文对采取4种连接方式的27个玻璃FRP（GFRP）-混凝土组合构件进行双剪推出试验,根据试验结果分析构件的破坏模式、承载力变化及界面滑移情况。研究结果表明：4种连接方式均获得了较高的粘结强度,可考虑作为GFRP-混凝土组合板的界面抗剪构造措施;GFRP-混凝土界面粘结强度与混凝土强度等级、界面粗糙程度、胶结剂的粘结能力、剪力键布置方式有关,且随混凝土强度等级的提高而有所增大。基于该文的试验设计和试验结果,对试验中的3个试件进行了三维非线性有限元分析。     

型钢高性能纤维混凝土粘结滑移性能试验研究

为研究型钢与高性能纤维混凝土之间的粘结滑移性能,以高性能纤维混凝土强度、保护层厚度以及型钢锚固长度为变化参数,设计10个型钢高性能纤维混凝土试件,进而对其进行推出试验,观察试件的破坏过程和裂缝发展形态,获取试件的荷载-滑移曲线。基于试验结果,探讨了各设计参数对特征粘结强度的影响规律,并建立了特征粘结强度的计算公式。对有效粘结应力计算公式进行推导,得到有效粘结应力-滑移分布曲线,并对其进行全过程分析。结果表明:适当增加型钢保护层厚度和混凝土强度,能有效提高型钢高性能纤维混凝土的特征粘结强度;特征粘结强度计算值与试验值吻合较好,表明该文提出的计算公式具有较高的精度;有效粘结应力能够反映型钢与高性能纤维混凝土界面间粘结应力的发展变化过程,并得到粘结应力各组份之间的比例关系。研究成果可为型钢高性能纤维混凝土相关计算理论提供试验依据。     

硅钙板-泡沫混凝土界面粘结性能研究

采用直接浇注成型的方式制备了硅钙板-泡沫混凝土复合墙板,对其界面粘结性能进行研究。探讨了硅钙板处理工艺和不同添加剂对复合板界面粘结性能的影响。结果表明,随着乳胶粉的掺量的增加,复合板的粘结强度增大;湿、干、干+胶、干+胶+凹四种处理方式的硅钙板,其复合板粘结强度大小为干+胶+凹干+胶干湿;硅钙板相对含水率在0~50%时,复合板粘结强度不低于200kPa;掺入增稠剂对复合板粘结强度没有不利影响,但可以降低其塌模程度,掺入速凝剂降低了其粘结强度。从复合板的粘结性能、泡沫混凝土浇注稳定性和生产成本综合考虑,乳胶粉掺量为1%、掺入少量增稠剂、硅钙板相对含水率为50%,可以制备出粘结强度较高、且不产生塌模的复合板。     

重组竹-混凝土界面粘结-滑移本构模型

为研究胶粘剂连接的重组竹-混凝土界面粘结性能及构建粘结-滑移本构模型,对44个重组竹-混凝土粘结试件进行单剪试验,并考虑了粘结长度、重组竹粘结宽度与厚度、混凝土强度及胶层厚度等因素对粘结性能的影响。研究结果表明：在不同影响因素下,试件破坏模式基本相同,均为混凝土表面发生剥离破坏,粘结界面间裂缝从加载端产生并向自由端发展,破坏过程分为弹性阶段、软化阶段和脱粘平台阶段;界面峰值剪应力随重组竹厚度、混凝土强度、胶层厚度增加而增大,随粘结宽度增加而减小。根据试验粘结-滑移曲线,建立了重组竹-混凝土界面粘结-滑移本构模型,与实验结果进行对比,该模型能较好地反映重组竹-混凝土界面剪应力与滑移量间的关系。     

FRP-混凝土界面粘结滑移本构模型

铝合金板具有轻质高强、延展性好、低温脆断敏感性小、耐腐蚀、易于成型等优点,可用于腐蚀及寒冷环境下的混凝土结构加固。该文基于双剪试验下的铝合金板-混凝土界面粘结滑移性能研究,完成了45个构件的双面纯剪试验,分析了混凝土强度等级、铝合金板表面粗糙度、铝合金板粘结长度和粘结宽度对粘结界面破坏机理、剥离承载力以及界面滑移的演化规律。研究表明：加载过程中界面应力从加载端向自由端逐步传递,且随着混凝土强度等级、铝合金板的粘结长度和宽度的增加,试件的剥离承载力也有所提高。但铝合金板的粘结长度存在一个有效粘结长度值,超过该值试件的剥离承载力将不会增加,同时铝合金板表面粗糙度对试件剥离承载力的提高没有实质影响。     

小剪跨比钢板-混凝土组合板抗剪性能的试验研究

通过2块小剪跨比钢板-混凝土组合板试件在集中力作用下抗剪性能试验,对组合板抗剪性能进行了初步分析。试验中主要变化了钢板厚度,得到组合板的极限承载力、变形、受剪破坏形态以及裂缝的发展情况。试验结果表明：小剪跨比钢板-混凝土组合板试件中混凝土最终破坏以斜压破坏为主;通过栓钉的连接,钢板和混凝土协同工作性能良好;截面应变分布基本符合平截面假定。钢板通过栓钉与混凝土的组合效应,显著提高了混凝土的抗剪能力,同时也改善了构件整体延性,该试验的组合板中钢板承担的剪力占总剪力的50%左右。     

高温后型钢混凝土粘结滑移性能研究

高温后型钢与混凝土之间的粘结滑移对型钢混凝土结构的高温后力学性能具有重要影响,为了研究高温后型钢混凝土的粘结强度与滑移特性,进行18个高温后型钢混凝土短柱推出试验及3个常温下的对比试验。试验结果表明：高温后型钢混凝土短柱试件的荷载-滑移曲线与常温下大体相似,但随着曾经经历最高温度的提高及最高温度持续时间的增大,型钢与混凝土之间的极限粘结强度和残余粘结强度降低,与极限粘结强度相对应的滑移减小,与残余粘结强度相对应的滑移增大。在试验结果基础上,构建了高温后型钢混凝土粘结滑移本构模型,提出了本构模型中极限粘结强度、残余粘结强度及相应滑移的计算方法,计算结果与试验结果总体相符,研究成果为高温后型钢混凝土构件考虑粘结滑移影响的数值模拟分析提供了条件。     

免蒸养超高性能混凝土-既有混凝土界面粘结性能试验研究

免蒸养超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)在常温养护下具有超高强、超耐久等优异性能,其与普通混凝土(Normal concrete, NC)界面的粘结性能是保证免蒸养UHPC加固NC结构获得良好性能的重要因素。为研究免蒸养UHPC-NC界面粘结性能,设计直剪试验,分析免蒸养UHPC龄期、NC强度、NC表面处理方式和界面粘结剂对界面粘结性能的影响,提出了免蒸养UHPC-NC界面粘结-滑移本构模型,并给出相关刚度系数建议值。结果表明：免蒸养UHPC-NC试件界面破坏模式主要分为粘结界面破坏、粘结界面和NC破坏、NC破坏及NC和UHPC破坏;刻槽组较凿毛组试件具有明显的开裂阶段,表现出一定的延性且具有更高的粘结强度,最大提高量为183.7%;界面使用SiKa 32LP结构胶时,其粘结强度为4.91 MPa,是其他界面粘结剂试件粘结强度的两倍以上。因此,当采用免蒸养UHPC加固NC构件时建议NC表面刻槽和采用SiKa 32LP结构胶。     

FRP-砖界面粘结-滑移计算模型

近年来国内外对FRP加固砌体结构技术的应用和研究呈现出快速发展的趋势。FRP-砖的界面力学行为及剥离破坏是FRP加固砌体技术应用的关键基础问题,也是难点问题。该文主要进行了FRP-砖界面粘结性能有限元数值模拟,利用建立的计算模型成功模拟了加载端荷载-位移曲线、FRP-砖界面的滑移分布、粘结应力分布。分析了各影响因素对极限粘结荷载的影响,并与试验结果进行了对比。结果表明:吻合较好,该文采用FRP-砖界面粘结-滑移计算模型是可行的。     

超高性能混凝土-既有普通混凝土界面粘结性能研究综述

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)具有优异的力学性能和耐久性,被广泛应用于组合构件及结构加固中,其中,UHPC与既有普通混凝土(Existing normal concrete, NC)之间的界面粘结性能至关重要。本文综述了国内外UHPC-NC的界面粘结性能的试验方法及界面抗剪强度计算公式、影响因素与界面耐久性能的研究进展,指出了测试方法存在的不足,探究了不同规范的界面抗剪强度计算式对UHPC-NC的适用性,总结了不同因素对UHPC-NC界面粘结性能的影响,包括纤维、界面粗糙度、界面含水率、界面剂、既有混凝土强度、胶凝材料和养护制度等,阐述了其界面特性的增强机理,探讨了耐久性的现阶段研究。UHPC-NC具有优异的界面粘结强度,其中,合适的养护制度与纤维能够减少UHPC的收缩,增强材料之间相容性;界面粗糙度与既有混凝土强度的增加可以有效避免界面破坏;界面剂、胶凝材料及适当的界面含水率可以改善过渡区;UHPC-NC界面具有较好的抗渗透性能和抗冻融性能。     

预应力混凝土组合梁界面粘结的试验研究

新老混凝土界面之间能够很好地传递界面间剪力,是人们普遍关心的一个问题。为研究在预应力作用下新老混凝土界面之间的力学性能,该文进行了施加预应力后新老混凝土组合梁在静载作用下界面间粘结性能的试验研究,试验梁变化的参数为箍筋间距。试验结果表明:新老混凝土组合梁在预应力作用下,粘结面无明显滑移,在静载作用下,荷载达到极限荷载的72%时,剪跨区局部发生粘结破坏,界面间滑移较明显。在Girrhammar给出的组合梁微分方程的基础上,考虑粘结面滑移、箍筋直径和间距,建立了新老混凝土组合梁界面应力、应变及滑移的计算方法。计算结果表明:该文建立的考虑滑移的新老混凝土组合梁界面分析方法与试验值吻合良好,计算结果可靠。     

超高性能RPC钢筋网加固混凝土界面粘结性能试验研究

针对现有混凝土加固技术导致的耐久性弱、承载力低的问题,该文基于活性粉末混凝土钢筋网加固混凝土技术(Technical for strengthening concrete structures with reactive powder concrete and bar mesh, RPCBM),展开了双面剪切试验。该文评估了各试件的抗剪强度、破坏形态与荷载位移曲线,系统性地探讨了粗糙度、植筋率、钢筋网规格对RPCBM加固旧混凝土结构界面剪切性能的影响。结果表明：RPCBM加固混凝土结构的界面抗剪强度和延性提升幅度较大,具有良好的粘结性能。在一定范围内,随着粗糙度增大,粘结界面抗剪强度提高;植筋率增高,抗剪强度与延性增强;钢筋网规格是改善界面延性的重要因素。在此基础上,为了更好地计算RPCBM加固混凝土的界面粘结强度,该文基于以上数据建立了粘结界面抗剪强度的模型,提出了综合计算RPCBM加固普通混凝土(Ordinary Concrete, OC)界面抗剪强度的公式,试验结果与理论分析吻合较好,为工程实践中加固材料的选择和改进施工方法提供了理论依据。     

再生混凝土与钢筋粘结滑移性能的试验研究及力学分析

良好的粘结性能是确保再生混凝土与钢筋能够共同工作的前提条件。通过120个试件的拉拔试验,并结合非平衡态热力学与损伤力学的相关理论分析再生混凝土与钢筋间的粘结滑移性能。提出三段式的粘结滑移本构模型,对比表明该模型对实测粘结滑移曲线具有较好的模拟效果。分析了粘结破坏过程中的能量守恒与能量耗散特性,给出了耗散能与弹性变形能代表值的计算公式,探讨了初始弹性变形能与极限弹性变形能的关系,并基于本构破坏能,对影响粘结性能的因素进行了分析。提出相对损伤变量的概念,定义了界面相对损伤变量,推导出相对损伤滑移方程,分析了界面初始损伤、界面损伤发展阶段以及界面损伤的发展速度。研究结果可为推广应用钢筋再生混凝土结构提供基础研究资料。     

FRP布-混凝土界面粘结性能的有限元分析

FRP(纤维增强复合材料)布与混凝土界面的粘结性能是粘贴FRP布加固混凝土结构中的关键问题.首先讨论了该界面问题有限元分析的难点及建模方法,根据使用现有有限元程序试算的结果,讨论了界面问题中混凝土力学行为的特点及对混凝土本构模型的要求;在此基础上,提出了适用于分析FRP布-混凝土界面问题的混凝土本构模型,并编制了相应的程序,对FRP布-混凝土面内剪切问题进行了分析.分析结果与试验结果吻合较好,并给出了混凝土本构模型中相应参数的建议取值.基于数值模拟结果,对FRP布-混凝土界面粘接力学机理进行了讨论.     

组合混凝土界面粘结性能多因素正交试验分析

组合混凝土叠合构件通过在预制陶粒混凝土部件上现浇普通混凝土而制成,兼具预制结构的施工方便和工期较短、现浇结构的整体性能和抗震性能良好等优点;同时,可充分发挥两种不同混凝土材料各自的性能优势.为分析叠合浇筑间隔时间、混凝土强度等级匹配、浇筑结合面处理方式、钢纤维掺入及附加法向约束力等因素对组合混凝土叠合界面粘结性能的显著影响,本工作设计制作了40组双面直剪组合混凝土试块进行正交试验分析.试验结果表明:附加法向约束力的施加对叠合界面粘结剪切强度的影响高度显著,法向力的增加可明显提高粘结剪切强度;次之,影响程度相接近的为混凝土强度等级匹配及结合面处理方式,在试验所考虑变化范围内,混凝土强度等级的提高可有效改善叠合界面粘结剪切强度,露骨料剂处理方式相比较人工凿毛、粉煤灰砂浆涂刷及自然浇筑面等具有更好的粘结剪切性能;而混凝土内钢纤维的掺入对叠合界面粘结剪切性能的影响不显著.不同浇筑界面处理方式下,随着浇筑间隔时间的延长,界面粘结剪切强度均发生较明显的、规律近似相同的降低变化;当叠合浇筑间隔时间从10 h变化到28 d,在粉煤灰砂浆涂刷、人工凿毛与露骨料剂不同处理方式下,界面粘结剪切强度分别降低为原强度的43.4％、48.1％和46.2％.在不同浇筑间隔时间情况下,露骨料剂处理方式可获得比人工凿毛处理和自然浇筑状态方式下相对较好的界面粘结剪切性能.     

钢板-混凝土组合板抗剪承载性能的试验研究与数值分析

主要通过试验研究与数值模拟,分析钢板-混凝土组合板在受剪状态下的承载力、变形、裂缝发展情况以及钢板与混凝土参与抗剪程度等。进行了3块钢板-混凝土组合板试件和1块无钢板混凝土试件的抗剪承载力试验。结果表明：钢板-混凝土组合板试件的剪切破坏形式主要是斜拉破坏;钢板承担了约50%以上总剪力,由于钢板的协同作用,混凝土承担的剪力与按照规范计算的混凝土抗剪承载力相比有较大幅度的提高;随着栓钉间距的增大,构件的抗剪承载力减小。基于修正压力场理论对ABAQUS进行了材料层面的二次开发,建立了适合钢板-混凝土组合板抗剪分析的数值仿真模型,模拟结果与试验结果吻合较好。     

低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

单元式双钢板混凝土组合剪力墙便于拆装,能够实现建筑设计的灵活性,能够在抗震墙上方便快捷地开设门窗洞口。该文介绍了9个单元式双钢板混凝土组合剪力墙试件的抗震性能试验,研究了在低周往复荷载作用下单元式组合剪力墙的力学性能和破坏模式,分析了单元数量、轴压比等因素对抗震性能的影响。试验结果表明：单元式双钢板混凝土组合剪力墙具有承载力较好、良好的可拆装性、滞回曲线饱满,抗震性能优越。试件整体平均的位移延性系数是2.3,说明剪力墙试件具有较好的延性,到达峰值荷载后在较大的变形下能够继续维持荷载。墙体单元数量越多,承载力越低,初始刚度较低,但墙体具有更好的延性,能够在较大位移时具有更好的耗能能力。大轴压比可以获得较高的屈服荷载及峰值荷载,但破坏过程迅速,延性较差。混凝土强度增大,可以提高单元式组合墙的屈服荷载及峰值荷载,承载能力有所提高,但延性系数基本不变,说明混凝土强度对单元式组合墙体的变形能力影响较小。