GFRP筋纤维混凝土黏结滑移性能试验研究

与传统钢筋相比,GFRP(glass fiber reinforced polymer)筋与混凝土之间的协同作用相对较差。为充分发挥GFRP筋力学性能,通过在水泥基材料中掺入纤维,以提升混凝土的抗裂性和韧性,从而改善GFRP筋与混凝土的黏结性能。开展FRP筋-纤维混凝土拉拔试验,通过FRP筋-混凝土拉拔试验对比,分析掺入不同纤维种类与含量的混凝土对GFRP筋的黏结性能提升情况;分析FRP筋黏结长度、混凝土中纤维含量比例对黏结 滑移性能的影响;分析相应破坏形式,确定混凝土最佳纤维含量比例,获得聚丙烯纤维混凝土和玻璃纤维混凝土与GFRP筋的黏结应力沿着筋体表面的分布。明确GFRP筋拉拔受力全过程,明确GFRP筋纤维混凝土的黏结滑移机理。     

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。     

玻璃纤维复材筋与混杂纤维混凝土黏结性能研究

通过对24个混杂纤维混凝土试件的拉拔试验,研究玻璃纤维复材(GFRP)筋与混杂纤维混凝土的黏结性能,分析钢纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维的体积率对黏结性能的影响。研究表明:钢-PVA纤维混凝土与GFRP筋的黏结滑移曲线可以分为上升段、下降段和残余段,在残余段内黏结强度呈往复上升下降的衰减过程,峰值每次下降40%～50%。总纤维体积率为0. 9%时,随着钢纤维体积率占比增大,GFRP筋与混杂纤维混凝土之间的黏结性能逐渐提高,且拉拔过程中耗能逐步增加。最后,根据试验得到的黏结滑移曲线进行拟合,提出黏结滑移的本构关系。     

GFRP筋与珊瑚混凝土黏结性能的试验研究

针对玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋与珊瑚混凝土间的黏结行为研究较少,进而影响到相关结构计算及性能分析等问题,开展了GFRP筋与珊瑚混凝土黏结性能的拉拔试验研究,分析了GFRP筋与珊瑚混凝土黏结破坏的受力过程和黏结-滑移曲线特征,以及相对保护层厚度、黏结长度和珊瑚混凝土材料特性等因素对GFRP筋与珊瑚混凝土黏结强度的影响.结果表明:GFRP筋与珊瑚混凝土的黏结强度能够满足一般工程需要,GFRP筋与珊瑚混凝土黏结破坏的受力过程、黏结-滑移曲线特征、黏结机理、破坏形态与GFRP筋-普通混凝土的黏结行为较为接近;各影响因素中,黏结长度、相对保护层厚度、GFRP筋直径及表面状况对GFRP筋与珊瑚混凝土黏结强度及破坏形态影响较大.     

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。     

螺纹GFRP筋与混凝土黏结性能试验与理论计算

为研究螺纹玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与混凝土界面的黏结性能,选用不同直径的GFRP筋材制备3组拉拔试件,标准养护28 d后开展中心拉拔试验.试验结果表明:GFRP筋与混凝土的黏结强度随其直径的增大而增大,拉拔试件的破坏模式和黏结应力-滑移曲线也随之变化;当GFRP筋直径较小(8、12 mm)时,拉拔试件主要发生筋材拔出破坏,但2种直径下的黏结应力-滑移曲线在弹性上升段后存在较大差异,直径8 mm筋材的拉拔试件呈来回波动趋势,且渐趋平缓,而直径12 mm筋材拉拔试件表现为下降后又上升的双曲线模式;当GFRP筋直径较大(16 mm)时,拉拔试件发生劈裂破坏,其黏结应力上升到最高点后迅速下降.最后,基于弹性力学厚壁圆筒理论模型,对不同直径螺纹GFRP筋的黏结破坏面夹角θ进行探讨并提出了黏结强度计算公式,通过与相关试验结果的对比分析,验证了该计算公式对发生筋材拔出破坏的情况具有非常好的预测精度.     

FRP筋与ECC粘结性能试验研究

纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种新型高性能建筑材料,具有假应变硬化和超高的韧性等特性,将其用于工程结构可大幅提升结构的承载力、延性和耗能性能。而FRP筋与ECC材料之间的粘结性能是影响FRP增强ECC结构力学性能的关键因素。文章通过FRP-ECC拉拔试验研究了FRP筋与ECC的粘结破坏机理和破坏形态,分析了FRP筋的类型、直径、锚固长度和FRP筋的外形等因素对FRP筋与ECC之间的粘结性能的影响。     

变幅反复加卸载下玻璃纤维复合筋与混凝土黏结性能

对直径20 mm的玻璃纤维增强聚合物(GFRP)进行单调加载以及两种不同变幅反复加卸载拉拔试验,研究单调静载与变幅反复加卸载作用下GFRP筋与混凝土之间的黏结-滑移关系,加载端滑移量的变化,得到了变幅反复作用对黏结性能的影响规律,并对试验数据与BPE模型上升段曲线进行了拟合分析。结果表明:GFRP筋与混凝土极限黏结强度在反复拉拔荷载作用下会降低,反复加载值越大,降低越多;当拉拔荷载在一定范围时,变幅反复加卸载对黏结强度影响不显著,但均会有残余变形,黏结刚度较单调加载刚度最大可提高1. 76倍;变幅反复加卸载试验全过程黏结滑移曲线与单调加载的曲线不同,但在大于前期荷载时上升段规律与单调加载一致,并与BPE模型上升段曲线较吻合。     

黏砂变形GFRP筋与约束混凝土之间的黏结性能

基于30个Losberg拉拔试验,对黏砂变形GFRP筋与采用箍筋约束的混凝土之间的黏结性能进行了较为系统的研究.研究表明:GFRP筋与约束混凝土之间的黏结-滑移(τ-s)曲线可分为微滑移段、滑移段、下降段、二次上升段以及残余下降段;对于采用箍筋约束的GFRP筋试件,均只发生拔出破坏,而对于无箍筋约束的GFRP筋试件,其破坏模式包括拔出和劈裂两种;与无箍筋约束的GFRP筋试件相比,GFRP筋与约束混凝土之间的黏结强度增加了0％～16％,而达到黏结强度时对应的滑移量则提高了1.20～2.76倍.在考虑GFRP筋直径、黏结长度、体积配箍率等因素的基础上,建立了GFRP筋与约束混凝土之间的黏结-滑移本构模型.     

纤维增强FRP筋混凝土组合梁结构的抗弯性能研究

FRP(纤维增强复合材料)由于其强度高、刚度大、延展性好等优点在工程界广受青睐。论文研究了不同FRP筋钢筋混凝土梁在不同荷载作用下梁的变形以及裂缝宽度。结果表明,与GFRP(玻璃纤维增强复合材料)筋混凝土梁相比,CFRP(碳纤维增强复合材料)筋混凝土梁的抗弯强度增大了,延展性一定程度上提高了,裂缝宽度小于GFRP筋混凝土梁。     

GFRP/钢绞线复合筋黏结锚固试验研究及设计建议

GFRP/钢绞线复合筋与混凝土之间的黏结锚固是GFRP/钢绞线复合筋增强混凝土结构性能的关键问题.采用拉拔试验,参照ACI规范的试验方法,对180个混凝土拉拔试件进行试验研究,测定每个试件的黏结强度、加载端滑移及自由端滑移,并计算GFRP/钢绞线复合筋的黏结一滑移关系曲线.基于肋间距、筋直径、埋置长度、混凝土强度、混凝土保护层厚度和浇筑深度等因素对黏结锚固性能的影响,通过对试验数据的统计分析,得到GFRP/钢绞线复合筋的混凝土保护层修正系数、混凝土浇筑深度修正系数及黏结滑移限值,提出GFRP/钢绞线复合筋的黏结强度计算公式和基本锚固长度的计算公式,并确定锚固长度的计算原则.试验数据及设计建议可为确定GFRP/钢绞线复合筋的混凝土保护层厚度、构建GFRP,钢绞线复合筋的黏结一滑移本构关系模型以及制定相关规范提供参考和依据.     

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。     

纤维增强复材筋增强纤维水泥基复材桥面连接板工作性能研究

桥面无缝化设计能够提高桥梁主体结构的耐久性能,是解决桥面伸缩缝维护难题的重要方法。结合高耐腐蚀纤维增强复材(FRP),充分发挥纤维水泥基复合材料(ECC)的高延性。对GFRP筋、BFRP筋和钢筋增强连接板的工作性能、裂缝发展、应变及变形能力进行对比研究,针对GFRP筋连接板设置低配筋率对照组,研究其对整体性能的影响。结果表明,正常服役状态下,连接板最大裂缝宽度均小于限值,满足裂缝宽度要求;钢筋增强连接板的残余变形量远高于FRP增强连接板; FRP筋与ECC较低的刚度差异使得ECC材料多裂缝充分开展; FRP筋连接板主体结构受连接板变形影响较小,且在大变形条件下工作性能良好。依据连接板正常服役筋材应力水平与筋材应力限值,定义连接板正常服役安全系数,定量反映结构构件安全程度。同等配筋率FRP筋增强连接板安全系数均远高于钢筋增强连接板,且GFPR筋配筋率的降低对安全系数影响较小。     

FRP筋黏结性能影响因素灰色关联度分析

利用灰色关联度分析理论,对FRP筋黏结性能与混凝土强度、黏结长度和筋材直径三个因素的关联程度进行了分析。得出各因素对FRP筋黏结性能的影响与FRP筋种类有关,GFRP筋和BFRP筋黏结性能关联度依次为:黏结长度、筋材直径和混凝土强度,CFRP筋为筋材直径、黏结长度和混凝土强度。此外还发现,提高混凝土强度等级能有效提高普通钢筋黏结性能,但对BFRP筋、CFRP筋和GFRP筋并不适用。     

不同加载路径下玻璃纤维复材筋黏结性能试验研究

玻璃纤维复材(GFRP)筋与砂浆的黏结性能是其应用于土钉支护结构中重要的参数。对6组不同直径和不同埋深的GFRP筋砂浆拉拔试件进行单调和循环拉拔试验,研究GFRP筋与砂浆黏结性能。结果表明:GFRP筋在砂浆中的拉拔破坏模式与长度锚固相关;砂浆强度对20筋体极限黏结强度影响不大,而对22、25筋体的黏结强度发挥有影响;分级循环加载拉拔中,黏结滑移曲线均会发生斜率的变化,且在拉拔力卸载后出现一段残余变形,存在非线性变形,在化学胶着力消失后,滑动摩擦力与机械咬合力呈现线性特征;GFRP筋与砂浆黏结滑移本构模型中,τ-s曲线上升段与改进的BPE模型的上升段趋势吻合,但还需进一步研究模型参数。     

盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面的黏结性能,对27个内嵌FRP筋加固混凝土试件进行盐腐蚀后的单端拉拔试验,分析试件的受力过程和破坏模式,研究内嵌FRP筋黏结长度、腐蚀时间和FRP筋类型对界面黏结性能的影响。结果表明：盐腐蚀的试件破坏模式分为结构胶劈裂、FRP筋拉断和结构胶劈裂且FRP筋弯折等3种,且以结构胶劈裂破坏为主。盐腐蚀环境下内嵌FRP筋混凝土试件的黏结应力与黏结长度、破坏模式与腐蚀时间有关。盐腐蚀环境会影响混凝土、黏结材料及FRP筋的力学性能,加剧黏结界面失效破坏。腐蚀时间为30 d和90 d的内嵌BFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力高于内嵌GFRP筋加固混凝土试件的,腐蚀时间为60 d的内嵌GFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力优于内嵌BFRP筋试件的。根据试验数据拟合了盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结-滑移本构关系,其拟合优度达到0.988 0。     

黏砂变形GFRP筋黏结性能研究

基于18个梁式试验、42个Losberg拉拔试验以及6个标准拉拔试验,对黏砂变形GFRP筋与混凝土之间的黏结性能进行了较系统的研究。研究表明:黏砂变形GFRP筋梁式试件和拉拔试件的破坏形态均可分为拔出破坏和劈裂破坏两种,黏结长度大于5倍直径的GFRP筋试件发生劈裂破坏,小于5倍直径的试件发生拔出破坏,而对于黏结长度为5倍直径左右的试件,两种破坏形态均有可能发生;GFRP筋与混凝土之间的黏结强度约为相应带肋钢筋的0.64～1.27倍;随着黏结长度和直径的增加,GFRP筋与混凝土之间的黏结强度有所降低;基于梁式试验、Losberg拉拔试验与标准拉拔试验得到的GFRP筋与混凝土之间的黏结强度无显著差异。最后,综合考虑GFRP筋直径、表面形态、黏结长度等因素影响,提出GFRP筋与混凝土之间黏结强度、锚固长度的设计建议。     

复合配筋ECC/混凝土组合梁受弯性能研究

为了进一步研究对高延性纤维水泥基复合材料与混凝土共同作用下的力学性能,提出新型FRP筋-钢筋复合增强ECC/混凝土组合梁构件,将FRP筋配制在梁构件边角处,而ECC仅用于梁构件易于开裂的受拉区。旨在有效提高梁的延性和耐久性。首先,提出ECC简化应力-应变关系模型,采用截面条带法对构件的受弯性能进行分析;结果表明:试验结果与模拟结果吻合较好,验证了模型的可靠性。在此基础上进行参数分析,分析了不同配筋率、ECC层厚度、FRP筋种类等参数对构件受弯性能的影响。结果表明配筋率可大大提高构件的受弯性能;ECC层厚度对梁构件弯矩-曲率曲线影响不大;三种FRP筋中CFRP筋梁的承载力最高而GFRP筋梁的变形性能最好;最后通过对试验数据的拟合,得出曲率-裂缝宽度关系曲线,并分析三种不同因素对梁裂缝宽度的影响。     

钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土与钢筋黏结锚固性能试验研究

为了研究钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土与变形钢筋的黏结锚固性能,克服陶粒混凝土韧性差及其与钢筋黏结性能不佳的缺陷,对16组不同混杂比的钢纤维、聚丙烯纤维陶粒混凝土试件进行中心拉拔试验,得到混杂纤维掺量对陶粒混凝土与钢筋黏结破坏形态、黏结强度以及黏结滑移曲线的影响规律。采用能量法量化评价混杂纤维对黏结滑移的影响,利用试验数据计算得到钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土与钢筋的临界锚固长度。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土拉拔试件的破环形态为拔出破坏,延性较好; 黏结滑移曲线具有完整的上升段和下降段,钢纤维和聚丙烯纤维混掺对黏结强度可产生正混杂效应,钢纤维对黏结性能的改善起主导作用,聚丙烯纤维次之; 混杂纤维能大幅提升黏结滑移曲线的上升段及下降段能量吸收值,明显改善黏结韧性和变形能力; 混杂纤维陶粒混凝土的临界锚固长度较未掺纤维时可减小23%; 掺入钢-聚丙烯混杂纤维能显著改善陶粒混凝土与变形钢筋的锚固黏结性能,提高黏结延性,减小陶粒混凝土与变形钢筋的的锚固长度。     

纤维增强复材筋增强工程用水泥基复合材料-混凝土复合梁受弯性能试验研究

为解决纤维增强复材(FRP)筋混凝土梁裂缝宽度和变形均较大的问题,采用受拉性能优良的工程用水泥基复合材料(ECC)取代FRP筋周围受拉混凝土形成FRP筋ECC-混凝土复合梁。通过对2组FRP筋ECC-混凝土复合梁、1组钢筋ECC-混凝土复合梁(每组5种不同ECC替代高度)的受弯试验,分析试件的开裂、屈服、极限荷载以及各级荷载下试件的挠度、裂缝、纵筋应变、混凝土平均应变。研究表明:钢筋/FRP筋与混凝土/ECC有较好的协同变形能力,ECC与混凝土也有较好的黏结性能;复合梁截面的平均应变均符合平截面假定;复合梁在正常使用状态下,受拉区ECC能充分发挥其应变硬化特性,形成较多细而密的裂缝;FRP筋ECC-混凝土复合梁可有效控制梁的变形值,提高梁的抗弯承载能力。