碳纤维布约束下钢纤维混凝土与腐蚀钢筋黏结性能的试验研究

为研究碳纤维布加固对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的效用,采用外加电流法对96个预埋钢筋-钢纤维混凝土试件进行加速腐蚀,腐蚀完成后横向包裹两层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究纤维布约束对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的影响规律,并与普通混凝土试验结果进行对比分析,探讨钢筋种类、保护层厚度、腐蚀率、纤维布约束及钢纤维等对黏结性能的影响规律。研究表明:①碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由钢纤维混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏,且碳纤维布约束使钢纤维混凝土试件的极限黏结强度提高,黏结-滑移曲线的下降段变缓;②钢筋种类、保护层厚度显著影响钢纤维混凝土试件的峰值黏结强度,螺纹钢筋试件的峰值黏结强度约为光圆钢筋试件的2.0～2.7倍,保护层厚度由40mm增大到60mm时,试件峰值黏结强度提高;③当腐蚀率小于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度随着腐蚀率增大有所提高;当腐蚀率大于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度降低;④在相同约束条件下,钢纤维混凝土峰值黏结强度比普通混凝土提高22.5%～61.5%,在峰值拉拔荷载下对应的滑移量较大,且光圆钢筋钢纤维混凝土试件黏结-滑移曲线的下降段比普通混凝土更为平缓。     

冻融环境下橡胶混凝土与钢筋黏结性能的试验研究

为掌握冻融环境下橡胶混凝土与钢筋的黏结性能,将钢筋开槽后交错内贴应变片,合拢后埋入橡胶混凝土立方体试件,经快速冻融后进行中心拉拔试验,研究橡胶掺量和冻融循环次数对荷载-滑移曲线、锚固段钢筋应变情况、锚固段黏结应力影响。结果表明:橡胶混凝土与钢筋间的黏结破坏过程可分为微滑移、内裂滑移、加速滑移、滑移稳定扩展、滑移软化5个阶段。在冻融循环作用下,随着拉拔荷载的增大,各掺量橡胶混凝土拔出试件锚固段各点的钢筋应变增长幅度比较均匀,表明橡胶混凝土具有良好的抗冻性能。橡胶掺量不超过10%时,冻融环境下橡胶混凝土与钢筋的黏结锚固性能变化较小,峰值滑移较于普通混凝土的降低约6%。随着冻融循环次数的增加,橡胶混凝土试件的黏结应力整体分布较为均匀,荷载传递能力良好。     

高延性混凝土与钢筋黏结性能的试验研究

通过12组试件的中心拉拔试验,研究高延性混凝土(High Ductility Concrete,简称HDC)与钢筋的黏结性能,分析钢筋直径、钢筋外形、HDC强度、保护层厚度和纤维掺量对高延性混凝土与钢筋黏结滑移曲线特征点的影响。试验结果表明：①纤维桥联应力的横向约束作用限制了高延性混凝土内部径向裂缝的宽度,其耐损伤能力提高,试件发生拔出破坏或劈裂-拔出破坏;②与普通混凝土对比,高延性混凝土与光圆钢筋的黏结强度提高1.79倍,残余黏结强度提高1.96倍;③根据试件的破坏形态,确定HDC与带肋钢筋的临界相对保护层厚度为3.41; ④随着纤维体积掺量的增加,其增韧和阻裂效果越好,黏结韧性指数I0.85和I0.5分别提高了35%和41%;⑤根据试验结果,提出HDC与带肋钢筋的黏结强度计算公式,建立适用的黏结应力-滑移本构模型,且模型曲线与试验曲线吻合良好。     

高温环境下钢筋和再生混凝土黏结性能的研究

为了研究高温对再生混凝土与钢筋的黏结性能的影响,设计制作44个中心拉拔试件,进行了四个受火温度(常温、200℃、400℃、600℃、800℃)的高温环境中心拉拔试验,对比分析了普通混凝土和取代率为100%再生混凝土在不同温度下的黏结性能变化,绘制了钢筋与混凝土τ-s曲线,在此基础上,基于界面黏结损伤模型探讨了高温下及高温后钢筋与再生混凝土的黏结损伤演变规律。试验表明：拉力作用下,再生混凝土的破坏形式分为劈裂破坏和劈裂-拔出破坏;随温度升高,黏结强度下降,峰值滑移特征值增大,同时,再生混凝土的极限黏结强度约为普通混凝土的0.8倍;黏结-滑移曲线整体呈现下降的趋势,在试验的基础上进一步通过数学分析软件对试件界面黏结损伤程度和相对滑移值进行回归分析,得到了钢筋与再生混凝土考虑界面损伤的黏结滑移本构方程。     

冻融循环作用下保温混凝土黏结滑移本构模型研究

冻融循环作用下,钢筋与混凝土之间的黏结锚固性能遭到破坏,而钢筋与混凝土之间的黏结滑移本构关系模型能够综合反映两者间的黏结锚固性能。通过中心拉拔试验,研究了冻融循环作用下钢筋与玻化微珠保温混凝土(TIC)黏结锚固性能的退化规律,测定了试件的黏结滑移曲线,并与普通混凝土(NC)对比分析。研究结果表明:冻融循环次数增大,钢筋与TIC试件黏结锚固作用减弱,极限黏结强度减小,峰值滑移增大,与NC试件变化规律一致;相同冻融循环次数后,TIC试件的极限黏结强度大于NC试件,且其峰值滑移小于NC试件;冻融循环200次后,TIC试件破坏形式为拔出破坏,而NC试件为劈裂破坏。进一步基于试验研究,提出了冻融循环作用前后钢筋与玻化微珠保温混凝土黏结滑移本构关系模型,该模型与试验结果吻合较好,对于玻化微珠保温混凝土材料在工程实践中的应用和相应规范的完善具有参考价值。     

环氧涂层钢筋与海水珊瑚混凝土的黏结性能

采取拉拔试验研究了环氧涂层钢筋与海水珊瑚混凝土间的黏结性能,分析了混凝土类型（普通混凝土、海水珊瑚混凝土）、混凝土强度等级（C25、C35）、锚固长度（48、90、128mm）、钢筋种类（普通钢筋、环氧涂层钢筋）及混凝土保护层厚度（67、42mm）对试件黏结强度与黏结滑移曲线的影响规律.结果表明：环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土试件的破坏模式主要为劈裂破坏,其黏结性能与普通钢筋混凝土试件有明显区别;海水珊瑚混凝土试件黏结强度高于普通混凝土试件,且黏结强度随混凝土强度等级和保护层厚度的增长而提高,随锚固长度的增长而降低,混凝土保护层厚度对黏结强度的影响最为明显;环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土试件的黏结滑移曲线可分为微滑移、滑移和下降3个阶段,钢筋种类和混凝土类型对曲线特征有明显影响.依据试验结果推导得到了环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土的黏结强度计算式,其计算值与实测值吻合良好,可用于实际工程.     

钢筋与再生及普通混凝土黏结性能退化的对比研究

为了研究锈蚀钢筋与再生及普通混凝土的黏结性能退化的差异,通过电化学方法,得到了6种不同钢筋锈蚀率的再生及普通混凝土试件;采用拔出试验方法,对比分析了锈蚀对2种混凝土试件黏结性能退化规律的差别。结果表明:再生混凝土的相对极限黏结强度和黏结刚度均较普通混凝土低;随着钢筋锈蚀率增加,两种试件的极限滑移量的差别逐渐增大;再生混凝土试件开裂时刻较普通混凝土试件早,且一旦保护层开裂后,再生混凝土的裂缝宽度较普通混凝土稍大。     

预制页岩陶粒混凝土预留孔灌浆钢筋黏结性能试验研究

为研究页岩陶粒混凝土预留孔灌浆钢筋的黏结滑移性能,通过12个预制页岩陶粒混凝土梁式试件和2个现浇混凝土梁式试件的黏结滑移性能试验,研究了钢筋直径、螺旋箍筋配箍率、页岩陶粒混凝土强度对页岩陶粒混凝土预留孔灌浆钢筋黏结滑移性能的影响。试验结果表明:页岩陶粒混凝土预留孔灌浆钢筋的极限黏结强度随钢筋直径减小、页岩陶粒混凝土强度提高、螺旋箍筋配箍率增大而明显提高;所有页岩陶粒混凝土梁式试件最后均为黏结钢筋拉断破坏,没有发生黏结锚固破坏,表明页岩陶粒混凝土预留孔灌浆钢筋的黏结锚固性能优良,钢筋浆锚连接形式同样可应用于预制页岩陶粒混凝土构件连接。     

锈蚀钢筋与钢纤维混凝土的黏结性能试验研究

钢纤维混凝土具有良好的开裂后拉伸性能和韧性,已被广泛用于工程结构的修复加固中。对于所修复的锈蚀构件,钢纤维混凝土与锈蚀钢筋的黏结性能是影响其力学性能的关键因素。首先通过电化学方法对钢筋进行预锈蚀,进而采用清理干净的预锈蚀钢筋制作拉拔试件,然后通过中心拉拔试验研究锈蚀钢筋与钢纤维混凝土的黏结性能。试验结果表明：钢纤维的掺入能够使试件从劈裂破坏转变为拔出破坏,同时黏结强度比提高4.4%~7.5%;随着黏结长度的减小,加载端与自由端的相对滑移也逐渐减小,而峰值黏结应力对应的平均滑移却逐渐增大;锈蚀率对黏结强度的影响与黏结长度相关,与未锈蚀试件相比,当锈蚀率达到约15%时,黏结长度为3d（d为钢筋直径）试件的黏结强度减小21%,而黏结长度为7d试件的黏结强度基本不变。基于试验结果,建立了以锈蚀率和黏结长度为参数的黏结强度经验公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

冻融损伤后再生混凝土与钢筋黏结滑移性能梁式试验研究

通过9组试件的梁式试验,以不同冻融循环次数、混凝土类型、再生混凝土强度等级、锚固长度、钢筋直径为变量,研究冻融损伤后钢筋与再生混凝土间的黏结滑移性能。结果表明：各组试件均发生了测试钢筋的拔出破坏,当冻融循环次数相同时,再生混凝土强度和锚固长度对钢筋与再生混凝土的黏结性能影响较大,其中钢筋开槽组试件冻融50次和150次后,其黏结强度分别降低8.5%、28.3%;对黏结强度的拟合公式进行验证,计算值与实际值吻合较好;最后建立了钢筋与再生混凝土的黏结应力-滑移本构关系,并将计算值与试验值进行对比,二者吻合较好。     

高温后钢筋-混凝土界面黏结性能分析

基于均匀分布压力作用的厚壁圆筒模型,将钢筋混凝土拉拔试件变形钢筋周围的受高温损伤混凝土保护层按应力状态分为内外两部分,对内层开裂混凝土认为其产生弥散裂缝,并考虑其抗拉软化特性,同时引入高温后混凝土弹性模量、抗拉强度、断裂能的劣化,通过对受高温损伤钢筋-混凝土间黏结破坏时的极限状态进行理论分析,推导得出高温后钢筋-混凝土界面黏结强度的计算方法,建立了与钢筋、混凝土的尺寸、材性相关的高温后钢筋-混凝土界面黏结强度模型。基于混凝土开裂半径与端部滑移之间的线性关系,建立了高温后界面黏结应力-端部滑移关系。对模型计算结果与已有高温后钢筋与混凝土黏结性能试验所得数据进行比较,共对比了118组黏结强度、15组黏结应力-端部滑移关系。结果表明:该理论分析模型具有很高的准确性,可广泛适用于不同参数拉拔试验的高温后界面黏结强度的分析与预测。     

基于STM理论钢纤维混凝土深受弯构件裂缝宽度试验研究

通过7根钢纤维混凝土深受弯构件的弯曲性能试验,分析了钢纤维掺量及配筋率对深受弯构件跨中截面混凝土应变、纵筋应变、破坏形态及裂缝宽度的影响。基于STM理论量化钢纤维、钢筋以及混凝土三者在受力过程中的组合作用,提出了适用于钢纤维混凝土深梁最大裂缝宽度的理论计算式,并与实测结果进行比对分析。研究结果表明:较普通深受弯构件而言,钢纤维混凝土深受弯梁的开裂荷载增幅11%~20%,极限荷载提高10%~16%,提高配筋率,开裂荷载提高约22%,极限荷载提高20%~31%;提高配筋率或钢纤维掺量,均可使试件破坏模式由正截面破坏向斜截面破坏转变;钢纤维掺加50、78 kg/m^3后,裂缝宽度可减少13%~29%;试件配筋率提高0.142%,裂缝宽度减少33%;推导出的理论计算式计算得到的最大裂缝宽度与实测值吻合。     

锈蚀对钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的影响

通过中心拉拔试验,探究了钢筋与钢纤维混凝土(SFRC)间的黏结滑移机理,并以钢筋锈蚀率为参数,研究了氯离子侵蚀作用对钢筋与SFRC黏结性能的影响.结果表明:在达到黏结强度(峰值黏结应力)之前,钢筋自由端滑移较加载端小;在达到黏结强度之后,钢筋自由端与加载端滑移同步变化,黏结应力由钢筋肋间混凝土与周围混凝土之间的咬合力提供.尽管桥接锈胀裂缝的钢纤维遭受了一定程度的锈蚀损伤,但所有锈蚀试件仍然表现为延性的劈裂-拔出破坏;随着钢筋锈蚀率的增大,黏结强度先略微增大而后逐渐减小,当钢筋锈蚀率在8.01%之内时,其黏结强度不低于未锈蚀试件,当钢筋锈蚀率约15.11%时,其黏结强度损失约为35%.考虑钢筋锈蚀率的影响,基于Harajli模型得到锈蚀钢筋与SFRC黏结强度的经验公式.     

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。     

预制超高性能混凝土修复层与既有混凝土界面黏结短期性能研究

超高性能混凝土(UHPC)修复层与既有混凝土界面的黏结性能是影响修复加固效果的关键。为研究预制UHPC修复层与既有混凝土界面黏结短期性能,通过直剪试验和斜剪试验,分析了界面黏结材料、界面剪力键、混凝土强度、剪切角等对界面黏结强度及黏结滑移的影响;提出了预制UHPC修复层与既有混凝土界面的黏结滑移模型,并给出了黏结刚度建议值。结果表明:结构胶黏结试件的黏结强度较灌浆料黏结试件的强度高,在界面处设置剪力键可提高界面黏结强度;通过斜剪试验获得的界面黏结强度及黏结刚度均得到大幅提高。     

侵蚀环境下TRC约束混凝土与钢筋的黏结性能

纤维编织网增强混凝土(TRC)约束条件下钢筋与混凝土的黏结性能是评价TRC加固效果的重要因素之一.基于电化学锈蚀和拔出试验结果,从锈胀裂缝、破坏模式、黏结强度、黏结失效机理的角度对比分析了侵蚀环境下未约束和TRC约束混凝土与钢筋的黏结性能,并从能量角度对黏结性能作了进一步阐释.结果表明:TRC约束可以有效限制锈胀裂缝的开展,TRC约束试件的锈胀裂缝宽度明显降低;TRC约束试件的破坏模式由混凝土劈裂破坏转变为具有一定延性特征的劈裂-拔出破坏;未约束试件的极限黏结强度随钢筋锈蚀率增加而极大降低,TRC约束则可以有效控制该降低趋势;从能量角度得到的分析结果与试验结果具有较好的一致性.     

冻融与初始裂缝对钢筋混凝土黏结强度的影响

海水寒冷地区的钢筋混凝土结构受到冻融循环与氯离子侵蚀的耦合作用,且混凝土结构通常是带裂缝工作。侵蚀与冻融循环容易造成钢筋与带有初始裂缝的混凝土之间的黏结性能退化。通过试验室模拟环境,对36个钢筋混凝土拔出试件经历300次冻融循环交替100次海水浸泡后,研究不同宽度初始横向裂缝和不同钢筋直径对钢筋与混凝土之间黏结性能的影响。结果表明,钢筋与混凝土的黏结强度随着初始裂缝宽度的增大而降低,且随着钢筋直径的增大而降低;随着钢筋直径加大,初始裂缝宽度对试件黏结强度的影响削弱。与无初始裂缝试件的黏结强度相比,初始裂缝宽度为0.19mm时,钢筋直径为10、14、18mm试件的黏结强度分别降低34.1%、26.7%、20.7%。     

带肋钢筋和钢绞线黏结性能试验研究

通过16个未配横向箍筋拉拔试件的拔出试验,研究了带肋钢筋和钢绞线的黏结性能.结果表明:黏结介质相同时,单根带肋钢筋的黏结强度高于单根钢绞线的黏结强度,但前者的最大滑移值远小于后者.不管是单根带肋钢筋还是单根钢绞线,其与混凝土的黏结强度和最大滑移值均大于其与水泥浆的相应值.配单根带肋钢筋试件出现钢筋拔出且试块劈裂的破坏现象;配单根钢绞线试件发生钢绞线旋转拔出的延性破坏;配3根钢绞线束试件破坏时,钢绞线束整体拔出,黏结延性较好;配6根钢绞线束试件出现"钢绞线束-水泥浆-波纹管"组合体拔出且混凝土劈裂的脆性破坏,滑移值很小.单根带肋钢筋和单根钢绞线的相对黏结特性系数试验值均与GB 50010—2002规范值符合较好.对钢绞线束的黏结长度给出了建议公式.     

钢筋-中高强度再生混凝土黏结滑移性能梁式试验研究

为研究钢筋与再生混凝土黏结滑移性能,进行了13个梁式试件的钢筋-中高强度再生混凝土黏结性能试验。研究了钢筋外形、锚固长度、混凝土强度、再生骨料取代率对钢筋-再生混凝土黏结滑移性能的影响。结果表明：再生粗骨料混凝土取代率为33%~66%、细骨料为天然砂时,钢筋-再生混凝土黏结强度与普通混凝土接近;再生粗骨料取代率100%、再生细骨料取代率50%以上时,钢筋-再生混凝土黏结性能明显退化;与普通混凝土相比,再生粗骨料混凝土的相对混凝土强度黏结效率系数有所提高;变形钢筋与再生混凝土的黏结强度明显好于光圆钢筋;钢筋与再生混凝土的黏结强度随钢筋相对锚固长度增大而减小;拟合所得的黏结-滑移本构模型,其计算值与试验值吻合良好。     

不同侧压下再生混凝土与钢筋间黏结性能试验研究与理论分析

为研究不同侧压下再生混凝土与钢筋间的黏结 滑移性能,以再生粗骨料取代率、水灰比、侧向压力比为参数,完成了144个再生混凝土试件在单向、双向侧压作用下的钢筋中心拉拔试验,观察了再生混凝土试件的破坏形态,分析了上述参数变化对黏结强度、峰值滑移的影响;基于再生混凝土多轴破坏准则,推导了不同侧压作用下再生混凝土-钢筋的黏结强度理论模型及其简化公式。研究结果表明：再生混凝土中心拉拔试件的破坏形态与侧压力比明显相关,双向侧压力比较大时,试件破坏形态与单向侧压时破坏形态相似,当双向侧压力接近时,双向均有裂缝;黏结强度与峰值滑移随侧压力比的增大,整体呈现增加趋势;基于再生混凝土多轴强度理论的黏结强度计算值与实测值较为吻合,其简化计算公式能较好地预测不同侧压力下再生混凝土与钢筋间的黏结强度。