纤维混凝土界面应力增强机理分析

纤维对混凝土的增强效果主要取决于纤维-混凝土基体的界面粘结性能.从两相复合材料的界面性能入手,分析了纤维混凝土中纤维与基体混凝土之间界面应力的形成机理,根据剪切滑移模型分析了纤维与混凝土基体之间界面的应力传递,推导出了纤维与基体间的受拉应力和剪应力的传递模型,比较并给出了纤维混凝土应力四周的应力场的分布形态,分析了纤维增强混凝土的力学效果,并采用有限元方法验证了该模型的可靠性,从细观界面力学的角度分析了纤维对混凝土基体的增强机理.     

钢纤维水泥基材料界面粘结性能的内聚力模型分析

钢纤维与水泥基材料界面过渡区的粘结强度是一项重要的力学性能参数,一般通过纤维拔出试验测得。为了研究钢纤维水泥基材料的粘结性能,利用内聚力模型模拟了钢纤维增强水泥基材料的界面荷载传递。内聚单元本构关系采用双线性张开应力-位移模型。采用试验与有限元相结合的方法确定内聚力模型的相关参数,并通过其他试验数据对选取参数进行验证。对内聚力参数进行分析,得到内聚力模型参数对纤维拔出特性的影响规律,结果表明内聚力模型的临界断裂能与界面承载力正相关而与界面刚度负相关,最大应力值与界面刚度正相关。给出了合理选取内聚力参数的方法以及纤维水泥基材料界面的内聚力参数值。     

喷射FRP-混凝土界面黏结力学性能试验研究

为研究喷射FRP与混凝土界面的黏结力学性能,对7个试件进行了双面剪切试验,分析其界面的破坏形态、极限承载力、剪力与剪切变形关系及应力、应变等力学性能指标,并对喷射FRP材料的纤维体积率、黏结长度、厚度等界面性能影响因素展开了研究。试验结果表明:喷射FRP厚度和黏结长度对界面黏结力学性能影响较大,而纤维体积率对界面黏结力学性能影响较小。增加喷射FRP厚度可有效提高界面的极限承载力和初始黏结刚度,但厚度超过6 mm后,初始黏结刚度增大不明显;黏结长度越长,界面极限承载力越大、延性越好;界面的剥离始自喷射FRP加载端;达到极限承载力时,传力区域长度为120~140 mm。     

纤维对混凝土内部结构的影响

本文通过研究纤维与混凝土基体的相互作用机理，分析了纤维对基体的应力场影响，得到纤维间距增大，纤维对基体的影响变小。纤维刚度决定了基体应力分布，当纤维弹性模量大于混凝土弹性模量时，在纤维与基体共同变形的区域形成了低应力区，从而可以阻止裂纹的扩展，增加纤维混凝土的初裂强度。     

土工格栅 黏性土界面特性的拉拔试验分析

筋土界面特性是影响加筋土结构性能的重要因素之一,利用中型拉拔模型试验分析了界面正应力和黏性土含水量对格栅黏性土界面相互作用特性的影响,试验结果表明黏性土含水量对格栅极限抗拔力、界面黏聚力和摩擦系数影响明显。不同界面正应力下格栅极限抗拔力在含水量较小时差别显著,随着黏性土含水量增加,格栅极限抗拔力和界面摩擦系数呈现减少趋势,而筋土界面间黏聚力先增大后减小,且当含水量达到塑限含水量时,三者均趋于稳定。格栅抗拔力位移曲线均经历线性和非线性增加以及拉拔极限阶段,并随含水量增加,抗拔力位移曲线由线性增长向极限状态发展的中间阶段逐渐缩短。在拉拔最大载荷下持续一段时间后卸载,发现格栅的横肋应变有增大的趋势,而纵肋应变呈现减小的趋势。     

碳/芳纶纤维布加固混凝土梁界面性能数值研究

通过对8种不同加固形式钢筋混凝土梁的界面性能进行了数值研究,分析了单层、双层及碳,芳纶混杂纤维布1.2m和1.6m粘贴长度的对界面性能的影响.数值计算结果表明.混杂加固可以有效地控制纤维布末端界面剪应力大小,而且界面正应力也有所降低,混杂加固方式具有优良的界面混杂效应.对不同长度的混杂纤维布加固模型计算发现:随着纤维布有效粘贴长度的减小,胶层端部界面剪应力与正应力成比例增加,增加比例随距离的增加,成递减趋势.混杂界面数值研究对理解界面力学性能和指导混杂加固设计具有一定的实践意义.     

纤维混凝土增强机理的界面力学分析

纤维混凝土是一种利用纤维材料增强混凝土性能的复合材料.纤维对混凝土的增强效果主要起决于纤维-混凝土基体的界面粘结性能.利用复合材料的剪滞理论对纤维混凝土的纤维-混凝土基体的界面力学传递进行分析,得出了纤维承受拉应力和剪应力的表达式,并分析了纤维对混凝土的增强效果.     

纤维增强材料锚杆-砂浆界面黏结行为及模拟分析

研究纤维增强材料(FRP)锚杆与砂浆的黏结-滑移行为对岩土锚杆结构的拉拔性能、设计理论及工程应用具有重要的理论意义。通过对玻璃纤维增强材料(GFRP)锚杆与砂浆界面黏结性能的试验,获取锚杆内力分布规律及锚杆界面任一点的黏结应力与滑移的变化规律,提出组合函数界面模型用来描述GFRP界面的单峰值非线性位移软化特性,并通过ABAQUS的子程序FRIC对GFRP砂浆锚杆的拉拔试验进行数值模拟。结果表明:该界面模型能反映GFRP砂浆锚杆的极限抗剪强度、残余抗剪强度及界面的变刚度特性,模型参数物理意义明确。     

粘结薄板构件界面应力的有限元法预测

在外表面粘结纤维增强复合板材或钢板能提高钢筋混凝土、金属、木构件的强度或刚度。板材与被加固构件之间的剥离是常出现的破坏模式,而剥离主要取决于构件和薄板之间粘结层的界面应力。采用有限元分析法对界面应力进行预测,研究主要聚焦在非均匀分布荷载的简支梁。基于对梁、粘结层、板的不同假设,采用5个不同的有限元模型对界面应力进行描述。将5种方法的预测值进行相互对比,并与不同组合水平下的解析解进行对比。比较结果清楚显示了每个假设对所预测的界面应力的影响。对于复杂的粘接薄板构件,梁-弹簧-梁模型可以简单、精确地预测界面应力和剥离破坏。为说明梁-弹簧-梁模型的通用性,用相同的模型得到两个更复杂构件的界面应力并进行讨论。     

混凝土界面面积分数和渗流阈值与应用(Ⅱ)——弹性模量预测

基于所获得的界面面积分数,提出了混凝土弹性模量预测的三相复合圆模型.在细观水平上将混凝土看成是一种由骨料、界面和水泥浆基体所组成的三相复合材料,通过求解轴对称平面应变问题,获得了三相复合圆模型位移和应力的解析解.利用位移和径向应力的连续性条件,导出了混凝土平面应变体积模量的闭合解.通过与实验结果比较,证实了三相复合圆模型的有效性.定量讨论了最大骨料粒径、界面弹性模量和界面厚度对混凝土弹性模量的影响,结果发现,对于给定的骨料面积分数,混凝土弹性模量随着最大骨料粒径和界面弹性模量的增大而增大,但随着界面厚度的增大而减小.     

纤维织物与混凝土基体界面粘结性能分析研究

在试验研究的基础上分析了纤维织物与混凝土基体界面粘结性能。探讨了纤维织物与混凝土基体界面粘结性能测试方法,通过试验研究分析了影响纤维织物与混凝土基体界面粘结性能的因素。试验表明,对纤维织物浸渍环氧树脂、表面粘砂及施加预应力,会明显改善纤维织物与混凝土基体的界面粘结性能。并对纤维织物与混凝土基体界面的粘结锚固机理进行了理论分析。     

波纹型钢纤维-混杂纤维混凝土界面黏结性能

考虑钢-聚丙烯混杂纤维体积分数、波纹型钢纤维埋置深度和混凝土基体强度等因素,设计制作了21组混杂纤维混凝土拉拔试件,通过拉拔试验研究了波纹型钢纤维与混杂纤维混凝土基体的界面黏结性能.基于实测的钢纤维拉拔力-滑移曲线,分析了上述因素对波纹型钢纤维最大黏结力和拉拔功的影响规律,阐明了界面黏结机理.结果表明:当波纹型钢纤维体积分数为1.50%、聚丙烯纤维体积分数为0.05%时,界面黏结性能最佳;界面黏结力随着基体强度的提高而提高;增大钢纤维的埋置深度,界面黏结强度提高,但当埋置深度大于8mm时,界面黏结强度随着埋置深度的增加而减小.     

预应力混杂纤维加固RC梁界面应力参数化分析

通过建立纤维加固RC梁的有限元模型,进行界面性能非线性有限元分析,研究了不同荷载大小,不同胶层弹性模量及厚度、不同加固形式和不同预应力大小的作用下,RC梁界面混凝土应力的变化情况.结果表明:FRD末端界面处,混凝土的剪应力和正应力得到峰值,然后随着距末端的距离增加而呈非线性减小,并接近于零.     

界面处理对FRP加固钢筋混凝土梁承载力的影响

以梁跨度、配筋率为参数,利用5组试件对比研究了界面凿毛对纤维增强聚合物(FRP)加固钢筋混凝土梁极限弯矩的影响。结果表明:混凝土界面凿毛后的FRP加固梁的极限弯矩要小于砂轮打磨梁的极限弯矩,并且随着梁跨度的增大,砂轮打磨梁与凿毛梁的极限弯矩差值增大;随着配筋率的增大,砂轮打磨梁与凿毛梁的极限弯矩差值减小。     

玻璃纤维复材筋与水泥基复合材料界面力学性能试验研究及精细化有限元仿真

玻璃纤维复材(GFRP)筋水泥基复合材料(ECC)构件受力变形过程中,筋材与基体协调变形能力影响构件及组合构件的工作性能。本文通过GFRP筋ECC黏结-滑移试验建立界面黏结滑移本构,结合ECC变形及开裂后力学属性,采用ABAQUS有限元软件进行GFRP筋ECC构件黏结界面力学性能分析,研究筋材及基体应变分布随加载过程的演化及不同黏结-滑移关系对构件工作性能的影响。研究表明,GFRP筋材直径影响黏结滑移性能及界面破坏模式,界面力学属性的提高能够增加二者协同工作性能,改善构件的开裂属性;基于试验中筋材应变分布,分析基体破坏、应力分布,研究构件受拉破坏过程整体拉伸刚度变化,为反演宏观构件正常工作状态下工作机理提供分析方法。     

超高性能混凝土纤维—基体黏结性能测试与机理分析

为研究超高性能混凝土纤维-基体黏结性能,通过单根纤维拉拔试验得到纤维拔出应力-位移曲线,并研究界面参数对纤维黏结性能的影响;通过扫描电镜观察、比较拔出纤维表面和端部形貌,发现钢纤维被拔出后,端部和表面黏结大量"球状"碎屑,且表面有"切削"痕迹,当钢纤维体积掺量为2%、埋入深度为3mm时,拔出纤维表面附着的碎屑密度最大,纤维-基体黏结强度最佳;结合混凝土拉伸本构模型,计算理论拉伸强度σ_(c1),并通过配制相应的混凝土,利用单轴拉伸试验测得试验拉伸强度σ_(c2),比较发现,其误差范围为5%±2%。     

碳纤维片材加固混凝土梁中粘结界面应力的有限元分析

为摸清碳纤维片材加固混凝土梁中粘接界面上的应力分布，本文利用ANSYS商业软件进行了有限元分析。重点研究了有限元计算模型、碳纤维片材层数以及U形箍对粘接界面应力的影响。研究结果表明，有限元计算模型、碳纤维片材层数对粘接界面端部的应力峰值有影响，U形箍会改变粘接界面上的应力分布。     

铝合金板式节点刚度对网壳稳定性能影响研究

铝合金板式节点网壳是一种典型的半刚性节点网壳。采用ANSYS有限元软件对铝合金板式节点网壳弹塑性稳定性能进行了有限元分析。建立了考虑节点刚度的杆件单元模型。采用Combin39单元对节点非线性弯曲刚度进行模拟。分析了节点刚度对网壳失稳模态、应力分布和极限承载力的影响。研究发现,节点的非线性弯曲刚度对网壳整体稳定性能具有削弱作用,其削弱作用随着网壳矢跨比的减小而加大。最后,为了了解节点刚度四折线模型中各参数对网壳稳定性能的影响而进行了参数分析。研究表明,网壳极限承载力随着滑移弯矩和嵌固刚度的减小而降低,而其它节点刚度参数的影响可以忽略。     

薄膜复合结构界面端热应力分布研究

以类金刚石（DLC）薄膜／基体建立理论计算模型,以粘结界面端点为顶点,采用Airy函数,建立应力随r变化的函数关系,得到界面表面的应力表达式,从而计算出膜／基结合体系在热应力下的应力分布,并采用有限元软件ABAQUS对计算结果进行了验证,证实了理论模型的可行性。     

棉杆纤维/石膏砌块的制备与性能研究

本课题以棉秆纤维、建筑石膏为主要原材料,制备棉秆纤维/石膏砌块。试验考察了棉杆纤维长度和掺量对石膏砌块力学性能的影响,结果表明,当纤维长度为9mm～15mm、掺量为石膏质量的3%时,能明显提高石膏砌块的抗折强度,与未掺加纤维的试样相比,抗折强度提高了33%;利用苯丙乳液对棉杆纤维进行表面改性处理,以改善纤维与石膏基体的界面结合状况,从而提高棉秆纤维/石膏砌块的综合性能,与未处理试样相比,棉秆纤维/石膏砌块的力学性能和耐水性能均得到提高。