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...     

锈胀开裂钢筋混凝土粘结疲劳性能试验研究

重复加载和锈胀开裂均会导致钢筋混凝土粘结性能退化,进而对钢筋混凝土构件力学性能产生不利影响。该文开展了一系列偏心拔出试验,研究了重复加载以及锈胀开裂对粘结滑移性能的耦合影响规律。主要研究变量包括重复加载次数、应力水平以及钢筋锈蚀程度。结果表明:重复加载对非锈蚀试件和锈胀开裂试件粘结强度及峰值滑移没有显著影响,但会导致钢筋和混凝土之间不断累积残余滑移。重复加载后,粘结应力-滑移曲线形态特征与单调加载试件相似。该文还发现表面锈胀裂缝宽度对粘结强度、峰值滑移以及残余滑移的增长规律有明显影响。锈胀开裂会导致钢筋混凝土试件粘结疲劳寿命显著下降。基于试验数据及文献中研究结论,该文建立了重复及单调荷载作用下非锈蚀及锈胀开裂试件的局部粘结应力-滑移本构关系模型,推导得到了粘结疲劳寿命预测模型。     

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...     

粘砂变形GFRP筋的粘结滑移本构关系

基于18个梁式试验、42个Losberg拉拔试验和6个标准拉拔试验,对工程中应用最普遍的粘砂变形GFRP筋与混凝土之间的粘结滑移本构关系进行了较系统的研究。研究表明:GFRP筋试件的粘结应力-滑移曲线(τ-S曲线)可分为微滑移段、滑移段、下降段和残余段,区分这四段的三个特征点分别为弹性滑移点、峰值滑移点和残余滑移点;与变形钢筋不同,GFRP筋试件τ-S曲线的上升段可分为滑移量较小的微滑移段和滑移量明显增大的滑移段,下降段的粘结应力降幅较小,残余段近似呈正弦曲线;随着直径和粘结长度的增加,GFRP筋试件τ-S曲线上峰值滑移点的滑移量减小,3个特征点的粘结应力也呈降低趋势。基于试验结果,建立了粘砂变形GFRP筋与混凝土之间粘结滑移本构关系的理论模型,并提出了曲线上特征点的粘结应力及其滑移量的计算公式。     

玻璃纤维增强复合材料筋肋参数优化试验研究

利用拉拔试验对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)带肋筋与混凝土的粘结性能进行试验研究,并对筋的肋参数进行优化。自行设计了 30种不同肋参数的GFRP带肋筋,试验变量包括筋直径、肋高度和肋间距。在此基础上,制作了90个标准拉拔试件,分别测试了 GFRP带肋筋的粘结强度和加载端滑移,得到了相应的粘结-滑移曲线;根据肋参数的优化准则对各种GFRP带肋筋的粘结-滑移曲线进行分析,确定GFRP带肋筋的最佳肋参数。试验结果表明:肋参数对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著;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 %,即最佳肋高度与最佳肋间距的比值为0.06。      

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。     

GFRP筋的拉伸性能劣化对其与海水海砂混凝土粘结性能的影响

研究了玻璃纤维增强树脂基复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋的拉伸性能劣化对其与海水海砂混凝土(Seawater sea-sand concrete,SSC)粘结性能的影响。采用10 mm直径的GFRP筋,测试了3种不同温度下模拟SSC孔溶液中GFRP筋的拉伸强度随其浸泡时间的变化规律;并通过拉拔试验测试了经上述劣化后GFRP筋和SSC界面的粘结性能,分析了界面的破坏形态、粘结-滑移曲线特征及粘结强度的变化规律。试验结果表明：随着模拟SSC孔溶液中浸泡时间的增加,GFRP筋的拉伸强度逐渐降低。与未经浸泡的GFRP筋相比,在23℃、40℃和60℃下浸泡3个月后的GFRP筋的拉伸强度分别降低25%、29%和48%。GFRP筋的拉伸性能劣化会导致其与SSC界面的粘结强度下降。与未经浸泡的GFRP筋相比,在23℃、40℃和60℃下浸泡3个月后的GFRP筋与SSC的界面强度分别下降了8%、19%和38%。     

重复荷载下钢筋与混凝土粘结本构关系

重复荷载下粘结滑移本构关系是结构疲劳计算和有限元分析的基本关系之一。该文通过23 个试件静载和重复荷载下的拉拔试验对钢筋滑移量、粘结滑移基本关系、粘结应力形状函数、粘结疲劳破坏准则进行了全面深入的研究。首先根据加载端峰值滑移量和残余滑移量发展规律得出了计算公式;接着利用粘结滑移变化规律提出了考虑残余滑移、应力水平和循环荷载次数的幂函数形式粘结本构关系;运用沿钢筋埋长范围内应变变化得出了疲劳破坏三阶段粘结应力形状函数;最后基于重复荷载下发生粘结疲劳破坏的条件是滑移量增加到静载下的最大滑移量的基本准则,理论推导了粘结疲劳寿命方程。研究表明:当粘结疲劳没有发生时,重复荷载下极限粘结强度及最大滑移量并不受重复次数的影响。研究结果为理论分析重复荷载下受弯构件裂缝宽度、锚固长度、刚度、塑性铰转动问题等提供了依据和方便。     

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.     

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。     

分布式OFBG-GFRP传感筋在粘结性能试验中的应用

提出了一种新的利用分布式OFBG-GFRP智能传感筋研究GFRP筋与混凝土之间粘结特性的方法.在OFBG-GFRP的拉挤过程中,多个串连的光栅随同母材,即GFRP筋一同拉挤成型.早期的性能试验表明OFBG-GFRP筋不仅可以作为优良的增强材料使用,还具有理想的和稳定的传感特性.对3个带有OFBG-GFRP筋的混凝土粘结试件进行了直接拔出试验,在试验中自动记录了3个试件中的14个光栅的波长变化数据,这些数据连同记录的拔出力水平一起用来研究GFRP筋与混凝土之间的粘结性能.分析结果表明,GFRP筋与混凝土之间的粘结应变沿埋置深度基本呈现倒三角分布,且随着拔出力的增大,粘结应变分布也发生较为明显的变化,记录的光栅数据也很好地印证了试验过程中发生的试验现象.试验表明,所提方法可以在不影响FRP筋与混凝土之间粘结性能的情况下展开研究.     

带圆弓形脱空缺陷的钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的滞回性能试验研究

为研究圆弓形脱空缺陷对钢管混凝土试件在压弯扭复合受力作用下抗震性能的影响,进行了16个钢管混凝土试件（包括8个带脱空缺陷试件、6个无脱空试件和2个空钢管对比试件）在恒定轴压力和反复弯扭耦合荷载作用下的滞回试验,主要试验参数为:脱空率、轴压比和弯扭比。基于试验结果,考察了脱空缺陷对钢管混凝土压弯扭试件破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力和应变发展等的影响,结果表明:圆弓形脱空缺陷对钢管混凝土试件滞回曲线的形状影响不大,但会导致其达到极限荷载后的强化段刚度有所降低。试件的承载力、刚度和耗能能力均随着脱空率的增大而有所降低。变化轴压比对带缺陷试件的力学性能影响并不显著,而随着弯扭比的增大,脱空缺陷对试件极限承载力、刚度和耗能能力的影响有趋于显著的趋势,表明相较于受扭作用,脱空对钢管混凝土受弯性能的影响更为显著。     

配钢率对型钢混凝土异形柱抗震性能的影响分析

设计了16个型钢混凝土异形柱试件，包括L形柱、沿腹板加载的T形柱、沿翼缘加载的T形柱和十形柱各4个，采用试验研究和有限元模拟相结合的方法分析配钢率对试件抗震性能的影响，得到了试件的破坏形态及滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度、耗能能力等性能指标。结果表明:剪跨比为2.5的试件在低周反复荷载作用下发生弯曲破坏，配钢率对试件破坏形态的影响较小，但配钢率增大能够抑制混凝土裂缝的开展，延缓试件的破坏；试件的滞回曲线饱满、对称，延性好，耗能能力强，刚度退化先快后慢；随着配钢率增大，试件的滞回环面积越来越大，承载力显著提高，延性明显改善，刚度退化变缓，但耗能能力变化较小。     

考虑粘结滑移的冻融损伤纤维梁柱模型研究

伸入梁柱节点以及柱与基础交界处纵向受力钢筋的粘结滑移效应会显著影响构件的侧向变形。为准确评估冻融损伤后钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)柱的抗震性能，在考虑冻融损伤不均匀分布的纤维模型基础上，以锚固区的粘结滑移效应为研究对象，首先基于拉拔试验建立可考虑冻融损伤分布的粘结强度退化规律，进而根据简化粘结应力分布假设，通过建立控制方程进行理论推导得到冻融损伤粘结滑移计算方法，并与冻融钢筋混凝土拉拔试验数据进行了对比验证。进而基于有限元分析软件OpenSEES，将该文模型嵌套于零长度截面单元中，提出可综合考虑冻融不均匀损伤与粘结滑移效应的纤维梁柱模型，根据6榀冻融RC柱拟静力加载试验数据进行了验证，并与仅考虑冻融损伤的纤维模型进行了对比。结果表明:与纤维模型计算结果相比，采用该文模型计算所得滞回曲线与试验结果吻合更好，在承载力、极限位移和累积耗能等方面的计算误差较小，表明所建模型可更为准确地反映冻融损伤后RC柱的地震响应。     

A finite element simulation and experimental validation of a composite bolted joint loaded in bending and torsion

The paper describes the FE modelling and experimental validation of a composite bolted joint loaded in bending and torsion. The selected material is a hybrid glass-carbon non-woven fabric in epoxy matrix; the manufacturing technology is hand lay-up with vacuum bagging. Following a material characterization run on standard specimens, six joints were subjected to monotonic or cyclic loading, followed by monotonic loading until failure. Results show that components exhibit lower reduction in stiffness and strength due to cycling compared to standard specimens. Also, the ratio between the maximum load for which no stiffness or strength degradation was observed in 10⁶ cycles and the static ultimate load were higher for components than for specimens. The modelling activity focuses on the simulation of the monotonic test. Numerical results show a good correlation with experiments in terms of material stiffness in the linear range and in predicting the regions of failure as highly stressed areas. However, being the analysis linear, a quantitative correlation between calculated stresses and ply strength properties was only found for the first ply failure.     

钢管混凝土框架实用荷载-位移恢复力模型研究

根据钢管混凝土柱-钢梁平面框架在恒定轴力与水平低周往复荷载共同作用下的试验结果,分析了钢管混凝土框架典型的水平荷载-水平位移滞回关系曲线的特征。基于非线性有限元理论,对影响钢管混凝土框架荷载-位移骨架曲线的主要因素进行了分析,结果表明:钢管混凝土柱含钢率、钢材强度、混凝土强度、柱轴压比、长细比、梁柱线刚度比及梁柱强度比等参数对钢管混凝土框架的荷载-位移骨架曲线有较大的影响。基于系统的参数分析结果,该文建议了单层钢管混凝土框架的荷载-位移恢复力模型。荷载-位移骨架曲线模型及滞回曲线模型的计算结果得到了试验及精确理论计算结果的验证。     

Numerical calibration of bond law for GFRP bars embedded in steel fibre-reinforced self-compacting concrete

An experimental program was carried out at the Laboratory of Structural Division of the Civil Engineering Department of the University of Minho (LEST-UM) to investigate the bond behaviour of glass fibre reinforced polymer (GFRP) bars embedded in steel fibre reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) for the development of an innovative structural system. Thirty-six pull-out-bending tests were executed to assess the influence of the bond length, concrete cover, bar diameter and surface treatment on the bond of GFRP bars embedded in SFRSCC. This paper reports the results of a numerical study aiming to identify an accurate GFRP–SFRSCC bond–slip law. Thus, the above mentioned pullout bending tests were simulated by using a nonlinear finite element (FE) constitutive model available in FEMIX, a FEM based computer program. The bond–slip relationship adopted for modelling the FE interface that simulates the interaction between bar and concrete is the key nonlinear aspect considered in the FE analyses, but the nonlinear behaviour of SFRSCC due to crack initiation and propagation was also simulated. The evaluation of the values of the relevant parameters defining such a bond–slip relationship was executed by fitting the force versus loaded end slip responses recorded in the experimental tests. Finally, correlations are proposed between the parameters identifying the bond–slip relationship and the relevant geometric and mechanical properties of the tested specimens.