玻璃纤维增强聚合物复合材料筋与工程水泥基复合材料黏结性能

为了研究玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合材料筋和工程水泥基复合材料（ECC）黏结性能的影响因素,对42个GFRP/ECC试件进行了拉拔试验,分析了GFRP复合材料筋表面形式、直径、ECC基体强度及保护层厚度等因素对GFRP复合材料筋与ECC基体黏结性能的影响。结果表明:GFRP/ECC试件的破坏形式主要有拔出破坏、筋剥离剪切破坏、劈裂破坏三种形式。表面带肋GFRP复合材料筋黏结强度比光滑GFRP复合材料筋高约66%;当ECC保护层厚度由1.5D（D为GFRP筋直径）增大至4D时,GFRP/ECC黏结强度提高了约58%;当GFRP复合材料筋直径为12~18 mm时,GFRP/ECC黏结强度随着GFRP复合材料筋直径的增大而降低;ECC强度由33.7 MPa增大至73.3 MPa时,GFRP/ECC黏结强度增大约3倍。增加GFRP复合材料筋表面形式复杂程度,或一定程度上提高ECC基体保护层厚度、提高ECC强度等级,有助于提高GFRP复合材料筋与ECC的黏结强度。      

高延性混凝土与带肋钢筋黏结性能试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)与带肋钢筋的黏结性能,设计制作了20组试件。通过中心拔出试验,研究单调和重复荷载作用下试件的破坏形态及黏结滑移破坏机理,分析了HDC的抗压强度、纤维掺量、纤维种类及保护层厚度对带肋钢筋与HDC黏结性能的影响。结果表明：单调与重复荷载作用下,普通混凝土试件发生了脆性劈裂破坏,HDC试件发生劈裂和拔出破坏;试验结果表明,带肋钢筋与HDC的黏结强度随HDC抗压强度增加而提高;相同HDC抗压强度时,纤维掺量的增加可改善带肋钢筋与HDC的黏结性能;相比PP纤维,相同体积掺量的PE纤维与PVA纤维可有效限制混凝土内部径向裂缝的开展,提高带肋钢筋与HDC的黏结强度;依据破坏形态和黏结强度,得出临界相对保护层厚度为2.0;单调与重复荷载作用下,试件黏结强度比由纤维种类和相对保护层厚度主导,残余黏结强度比由抗压强度和纤维掺量主导;根据试验结果,建立了带肋钢筋与HDC的黏结强度计算公式和黏结-滑移本构模型。     

海水浸泡对FRP筋-珊瑚混凝土粘结性能的影响

开展了30℃海水浸泡条件下玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）筋、碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）筋与珊瑚混凝土粘结性能的试验研究,分析了纤维增强树脂基复合材料（FRP）筋-珊瑚混凝土粘结滑移曲线特征、破坏形态及粘结强度变化。试验结果表明,海水浸泡后FRP筋力学性能和粘结性能均表现为不同程度的降低。随浸泡时间增加,GFRP筋表层树脂与纤维间的孔隙率明显增大,并逐渐出现脱粘现象,纤维本身遭受到侵蚀,而CFRP筋仅表面基体有少许损伤,其耐久性明显优于GFRP筋;FRP筋-珊瑚混凝土粘结强度呈现出先增加后减小的趋势,且后期下降速率逐渐变小,部分GFRP筋-珊瑚混凝土试件的破坏模式逐渐由筋被拔出转变为筋材断裂;增加保护层厚度能有效地减缓海水对GFRP筋的侵蚀,有利于保持GFRP筋-珊瑚混凝土间的粘结性能。     

塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋粘结锚固试验研究

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析钢筋直径、相对锚固长度（l_a/d）及混凝土相对保护层厚度（c/d）对塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋间粘结性能的影响,得出不同钢筋直径、锚固长度及相对保护层厚度对试件粘结锚固性能的影响规律,并提出塑钢纤维轻骨料混凝土钢筋锚固长度计算公式。试验结果表明:随钢筋直径的增大,试件粘结刚度增强,极限粘结强度先提高后降低;增加钢筋锚固长度会降低试件极限平均粘结强度,同时极限粘结强度对应钢筋自由端滑移量减小,试件粘结韧性则随锚固长度的增加而减小;混凝土相对保护层厚度增加会使试件极限粘结强度先提高然后趋于平稳。根据试验结果得到的钢筋锚固长度计算公式与规范给出的计算公式进行比较,从极限粘结强度的角度看,规范中的钢筋锚固长度计算公式偏于保守。     

高温作用后GFRP筋与海水珊瑚混凝土粘结性能试验研究

为了研究高温后玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋与海水珊瑚混凝土的残余粘结性能,对54个GFRP筋珊瑚混凝土试件及钢筋珊瑚混凝土对比试件进行了高温作用后的中心拔出试验,最高温度为350℃,混凝土强度等级考虑C20～C30。观察了高温后试件的表观变化及粘结破坏形态,获取了各试件的粘结-滑移曲线、粘结强度、粘结刚度和峰值滑移量,分析了不同温度、GFRP筋直径、海水珊瑚混凝土强度等因素对高温后GFRP筋与海水珊瑚混凝土粘结性能的影响。基于烧失率和XRD分析,剖析了GFRP筋海水珊瑚混凝土的高温劣化机制。最后,提出高温后GFRP筋与珊瑚混凝土的剩余粘结强度计算式和粘结-滑移本构模型。研究结果表明：高温作用后,尽管GFRP筋与珊瑚混凝土的粘结破坏形态与常温相似,GFRP筋的碳化和珊瑚混凝土的分解使得二者界面发生显著劣化;随着温度的提高,GFRP筋与珊瑚混凝土的粘结强度逐渐降低,峰值滑移量增大;GFRP筋直径越小,高温后的剩余粘结强度和剩余粘结刚度越小;珊瑚混凝土强度等级越高,剩余粘结刚度越大,峰值滑移量越小。所提出的高温后GFRP筋与珊瑚混凝土剩余粘结强度和粘结-滑移本构关系计算结果与试验结...     

变形钢筋/超高性能混凝土搭接黏结性能

超高性能混凝土(UHPC)是一种高强度、高韧性和高耐久性的水泥基复合材料。为了研究钢筋/UHPC的搭接黏结性能,进行了21组考虑搭接长度、纤维掺量和配箍率影响的钢筋搭接对拉拔出试验,3组考虑锚固长度影响的钢筋直接拔出锚固试验;试验出现了劈裂拔出破坏和钢筋拉断破坏2种破坏模式;钢筋/UHPC平均黏结强度随钢筋埋置长度的增大而减小,随配箍率的增大而增大;钢纤维掺量的增大,有利于增大对UHPC的约束作用,增加配箍率和适当增大纤维掺量均能减小钢筋/UHPC的临界搭接长度;结合前人的试验结果,拟合得到平均锚固和搭接黏结强度计算公式及临界锚固和搭接长度计算公式,根据混凝土结构设计规范,建立了钢筋/UHPC锚固和搭接长度简化算法,计算结果较为准确。      

盐碱和冻融环境下GFRP筋/ECC材料粘结滑移模型

粘结滑移本构模型可以反映两种材料界面协同工作的性能，国内外对于玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋/普通混凝土的粘结滑移研究较多，对GFRP筋与工程用水泥基复合材料(ECC)的研究较少，尤其是盐碱或冻融环境下。共制作了66个GFRP筋/混凝土拉拔试件，对比了普通环境、盐碱和冻融循环条件下，GFRP筋表面形式、基体类型和混凝土强度等因素变化时，试件的破坏形式、粘结机制及粘结滑移曲线的差异。研究结果表明：带肋GFRP筋/ECC试件主要发生拔出且带缝破坏；冻融循环后的带肋GFRP筋/普通混凝土试件由劈裂破坏变为拔出且带缝破坏；冻融循环使试件的粘结滑移曲线斜率变小；发生拔出破坏和拔出且带缝破坏的试件残余段曲线呈波浪式衰减，且残余应力峰值之间的滑移量约为一个肋间距。与现有粘结滑移模型进行拟合，根据拟合结果和GFRP筋/ECC材料在3种环境下实际粘结滑移特点，提出了包含参数A、B、α的粘结滑移曲线模型，与试验结果拟合相关系数R²均在0.9以上，得到参数A、B、α的取值分别集中在-0.6～0.2，-0.1～0.1和-0.6～-0.3之间。并根据不同学者的试验结果进一步验证了建...     

GFRP带肋筋粘结性能试验研究

利用拉拔试验,研究玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋与混凝七的粘结性能,确定GFRP带助筋的最佳外形,构建GFRP带肋筋与混凝土的粘结滑移本构关系模型.试验变量包括筋直径、肋间距和肋高度.试验结果表明:GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度显著提高;粘结强度随GFRP带肋筋直径的增大而降低;试件的破坏形式为GFRP带肋筋肋间混凝土的剪切破坏,以及肋表面的轻微磨损;不同的肋参数,如肋间距、肋高度等,对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著.通过对试验数据的分析可得,机械咬合力是GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度的主要组成部分;剪切滞后现象反映了直径对GFRP筋粘结性能的影响;楔块效应反映了肋参数对GFRP筋粘结性能的影响;GFRP带肋筋的最佳肋间距为筋直径的1倍,最佳肋高度为筋直径的6%,此结果可为GFRP带肋筋的规模化生产及工程应用提供理论依据;新构建的粘结滑移本构关系模型能较好地反映GFRP带肋筋的受力全过程.     

GFRP筋橡胶集料混凝土梁受弯性能

为提高纤维增强聚合物复合材料(FRP)筋混凝土梁抗裂性能,改善其脆性破坏特征,将玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与橡胶集料混凝土共同应用于梁构件中。采用ABAQUS对GFRP筋橡胶集料混凝土梁的受弯性能进行有限元模拟及参数分析,探究了橡胶掺量、GFRP筋配筋率、混凝土强度等级及截面高度对梁受弯性能的影响。结果表明:增加混凝土中橡胶颗粒的掺量可提高梁的开裂荷载,当橡胶掺量为15%时,开裂荷载提高了29%;增加配筋率可提高梁的开裂荷载和承载力,当受拉筋直径由10 mm增加至18 mm时,橡胶掺量为10%的GFRP筋橡胶混凝土梁开裂荷载提高了约15%,承载力提高了约85%,但配筋率增加至一定数值后,其影响不再明显;提高橡胶混凝土强度等级,可提高梁的开裂荷载及承载力,当橡胶混凝土强度等级由C25提高至C40时,开裂荷载提了高约53.7%,承载力提高了约23%;为更好地满足正常使用极限状态,GFRP筋橡胶混凝土梁的截面高度宜适当增加。      

键槽构造UHPC-NC界面黏结性能试验研究

采用超高性能混凝土(UHPC)加固桥梁,UHPC与既有普通混凝土( NC)结构界面间的黏结性能是保证加固效果的关键.为研究界面构造对UHPC-NC界面黏结性能的影响,以键槽布置和形状为变量,开展键槽构造UHPC-NC单面直接剪切试验,并与界面黏贴处理试件进行对比.结果表明:UHPC-NC黏结界面的破坏形态主要可分为四种,其中c、d类破坏(黏结界面与NC出现破坏)占总破坏形态的80% ;键槽构造组的界面黏结性能优于黏贴组,其界面黏结抗剪强度比黏贴组高2倍左右;当键槽口宽度较小(10～20 mm)即体积损失率低于0. 09时,UHPC-NC界面黏结抗剪强度随键槽口宽度的增大而增大;正梯形键槽试件的界面黏结抗剪强度比直角形键槽试件高25%左右,倒梯形键槽试件的界面黏结抗剪强度比直角形键槽试件高13% ～15% ;键槽构造UHPC-NC界面黏结-滑移曲线包含弹性上升阶段、屈服阶段和破坏下降阶段,部分曲线无屈服阶段,其极限滑移值均在0. 8 mm以下.本工作提出了键槽构造UHPC-NC界面黏结-滑移模型,并给出了黏结刚度建议值.     

钢-聚丙烯纤维增强人造花岗岩复合材料的制备与性能

为深入研究钢-聚丙烯纤维增强人造花岗岩复合材料（钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩）抗压、抗弯强度的影响因素,通过排水法实验研究了骨料堆积的空隙率,确定了骨料级配和实验指数q并对大量试件进行了抗压、抗弯强度测试,分析了钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料各组分质量分数、骨料堆积空隙率等因素对钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料抗压、抗弯强度的影响。实验结果表明:钢纤维与聚丙烯纤维能够明显增大钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料的抗弯强度,随着钢-聚丙烯纤维质量分数的增加,钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料试件的抗压和抗弯强度都逐渐增大;当钢纤维与聚丙烯纤维质量比为30∶1、钢-聚丙烯纤维质量分数为1.7wt%时,钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料试件的抗压强度达到最大,当钢-聚丙烯纤维质量分数为1.9wt%时,钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩试件的抗弯强度达到最大;黏结剂质量分数越接近骨料堆积空隙率,钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料试件的抗压和抗弯强度越大,当骨料质量分数为80wt%、黏结剂质量分数为11wt%时,钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料试件的抗压、抗弯强度同时达到最大。      

不同荷载条件下型钢-钢纤维混凝土组合结构的界面失效机理研究

为了解决型钢混凝土结构中型钢与钢筋相互干扰、混凝土浇筑困难等施工难题,将型钢混凝土结构中的钢筋笼完全或部分替换成钢纤维,形成了型钢-钢纤维混凝土组合结构.完成了36个试件的推出试验和13个试件的四点弯试验,分别研究了型钢-钢纤维混凝土组合结构在轴心力与弯矩作用下的界面失效,分析了不同荷载条件下的内力传递与破坏机理.钢纤...     

Experimental study on the bond behavior of deformed bars embedded in concrete subjected to lateral tension

The bond behavior of steel bars embedded in concrete, including the anchorage capacity and bond stress–slip relationship, is highly concerned owing to its importance in the design and checking calculation of reinforced concrete structures. The purpose of this paper is to present an experimental study on the bond behavior of deformed bars embedded in concrete subjected to lateral tension. In the experiment, a total of 237 pull-out specimens are tested. It is shown that the failure mode is influenced by the strength of concrete, ratio of the cover depth to bar diameter, and unfavorable lateral tension. The bond strength and the slip at the peak stress decreases with the increase of the unfavorable lateral tension for specimens in pull-out and splitting failures, but the ratio of the residual to ultimate bond strength almost keeps constant for specimens in pull-out failure. Based on the experimental results, an empirical formula for the bond stress–slip relationship is proposed. The empirical formula is in good agreement with the experimental results for specimens with different strengths of concrete, bar diameters, and combinations of lateral tensions.     

中低加载速率下BFRP筋-混凝土粘结性能研究

BFRP(basalt fiber reinforced polymer)筋是一种取代钢筋用于土木工程领域的新型纤维复合材料,中低加载速率下BFRP筋-混凝土粘结性能是保证其协同作用承受动荷载的重要前提。该文根据正交试验方法设计了16组粘结试件,利用MTS试验系统对不同加载速率(0.005 mm/s~5 mm/s)下的BFRP筋-混凝土试件进行了中心拉拔试验,研究了加载速率、混凝土强度及BFRP筋直径等因素对粘结性能的影响。在现有粘结强度计算模型的基础上,对粘结特征参数进行了修正,提出了中低加载速率下的BFRP筋-混凝土动态粘结强度计算公式,进一步建立了BFRP筋-混凝土粘结滑移本构关系模型。结果表明:BFRP筋-混凝土粘结试件主要发生拔出破坏与劈裂破坏,粘结滑移过程可分为滑移段、下降段和残余段;粘结强度随加载速率和混凝土强度的增大而增大,而随纤维筋直径的增大却显著减小;理论计算结果与试验结果吻合良好,为预测中低加载速率下BFRP筋-混凝土粘结性能提供了一种有效手段。     

Performance of glass fiber reinforced polymer bars under elevated temperatures

This paper investigates the residual tensile properties of newly developed glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars after being subjected to elevated temperatures for different periods. A total of 120 GFRP specimens were tested in this study. Half of the samples were covered with concrete while the other half were bare bars. The specimens were subjected to three different controlled temperatures (100, 200 and 300 °C) for three different periods (1, 2, and 3 h). Test results showed that almost no losses were observed in the tensile modulus after all exposure periods and temperatures. Losses in the tensile strength, proportional to the level of temperature and exposure period, were recorded. The bars with concrete cover showed higher residual tensile strength compared to their counterparts without coating. The concrete cover was more effective at the lowest temperature level (100 °C) and at the shortest time period (1 h). Scanning Electronic Microscopy (SEM) technique was also used to investigate the effect of elevated temperature on the degradation mechanism of the GFRP bars. The results showed that increasing the temperature level affected the resin matrix surrounding the glass fibers and consequently affected the bond between the fibers and the matrix.