FRP筋与混凝土粘结性能试验研究

FRP筋与混凝土的粘结性对工程结构的耐久性有着至关重要的影响。粘结性的影响因素有:筋直径、粘结长度、筋表面情况等。通过制作13个拉拔试块进行粘结性的试验研究,试验采用中心拉拔方式进行。试验采用直径20和25的FRP筋,埋置深度为直径的3~5倍,观察试验中的试件破坏形态有FRP筋拔出破坏和混凝土劈裂片破坏,根据拔出荷载来计算二者的粘结强度。分析GFRP筋拉拔承载力与直径和埋深的关系表明:拉拔承载力随着直径和埋深的增大而增大,而增长率逐渐减小。随着直径与粘结长度的增大,GFRP筋与混凝土之间的粘结强度逐渐减小。     

FRP筋与混凝土黏结破坏性能研究

对27个黏结试件进行拔出试验,试验参数为筋直径、黏结长度和混凝土强度。研究了FRP筋与混凝土的黏结破坏形式,试验结果表明:黏结长度较小、中等和较大时黏结破坏形式分别为筋拔出、混凝土劈裂和筋拉断破坏。混凝土强度和FRP筋直径等因素对黏结破坏形式没有直接影响。研究结果为确定FRP筋的黏结锚固长度和制定相关规范提供试验依据。     

BFRP筋与再生骨料混凝土粘结性能试验研究

为探究玄武岩纤维筋(BFRP筋)与再生骨料混凝土的粘结性能,对其进行中心拔出试验。基于试验结果,探究了其破坏形态以及粘结机理,研究再生混凝土强度等级、筋材直径和再生骨料替代率对BFRP筋和再生骨料混凝土粘结性能影响。结果表明,BFRP筋与再生骨料混凝土粘结有拔出破坏和劈裂破坏两种破坏形态;BFRP筋与再生骨料混凝土粘结滑移曲线可分为微滑移段、滑移段、下降段和残余应力段;提高再生混凝土的强度等级可以延缓混凝土内部裂缝的产生与演化,进一步提高BFRP筋表面肋与混凝土之间的机械咬合作用,增大BFRP筋与再生混凝土的粘结强度;因剪力滞后效应,BFRP筋与再生骨料混凝土的粘结强度随着BFRP筋直径的增加而降低;再生骨料替代率的增加会对BFRP筋和再生骨料混凝土的粘结应力产生不利影响。     

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。     

混凝土中玻璃纤维筋黏结强度试验研究

文章基于室内拉拔试验研究不同混凝土强度及埋长下的GFRP锚杆极限承载力,研究了GFRP筋与混凝土间的粘结破坏机理,分析了拉拔过程中GFRP筋材的破坏形式及粘结应力变化规律,试验结果表明:拉拔试验过程中GFRP筋表现出筋材拔出破坏、混凝土劈裂破坏、筋材拉断三种不同破坏形式;玻璃纤维筋与混凝土间的平均粘结强度随着混凝土强度的增大而近似成线性增加,且增加幅度随着锚固长度越长而越发明显;玻璃纤维筋与混凝土间的粘结强度随埋长的增加而先小幅增大,达到一定值后小幅减小;GFRP筋埋长越大,纵向上的粘结应力分布越不均匀。     

纤维筋与玄武岩纤维混凝土粘结性能

为了对比BFRP和GFRP筋与玄武岩纤维混凝土的粘结强度,选用直径14的FRP筋埋入玄武岩纤维混凝土的立方体试块中进行拉拔试验,通过改变FRP筋锚固长度以及纤维掺量,研究玄武岩纤维混凝土与FRP筋的粘结性能.     

纤维筋与高强纤维混凝土的粘结性能

为了对比BFRP和GFRP筋与高强玄武岩纤维混凝土的粘结强度,选用直径14的FRP筋埋入玄武岩纤维混凝土的立方体试块中进行拉拔试验,通过改变FRP筋锚固长度以及纤维掺量,研究高强玄武岩纤维混凝土与FRP筋的粘结性能.     

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。     

钢-连续纤维复合筋与灌浆套筒粘结性能试验研究

钢-连续纤维复合筋(steel-FRP(fiber reinforced polymer)composite bar,SFCB)是一种内芯钢筋、外侧FRP的复合筋,由于其高耐久、高屈服后二次刚度比而在装配式混凝土结构中有独特优势.文章以粘结长度(5d、10d和15d)为变量,开展了 SFCB与灌浆套筒连接件的界面性能单向拉伸试验研究,并与玄武岩纤维(BFRP)筋灌浆套筒连接性能进行比较,分析了拉拔试件的破坏模式和平均粘结强度.结果发现,随着粘结长度的增加,SFCB与灌浆之间的平均粘结强度有所降低;锚固长度为5d和15d的SFCB灌浆连接件分别发生屈服后拔出破坏和屈服后拉断破坏.随着SFCB中FRP含量(二次刚度比,rsf)的增加,SFCB的临界锚固长度有所增加,文章参数下的SFCB灌浆套筒连接的临界锚固长度约为7.6d,相关研究可为SFCB增强预制装配结构的连接技术奠定初步基础.     

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。     

集中荷载下FRP筋混凝土双向板的冲切受力性能

通过对7块中置和偏置集中荷载作用下纤维增强材料(FRP)筋混凝土双向板的受力试验,研究荷载位置、混凝土强度、FRP筋用量等因素对板冲切受力性能的影响。结果表明:集中荷载位置、混凝土强度、FRP筋配筋率是影响FRP筋混凝土双向板冲切受力性能的重要因素。随着混凝土强度的提高和FRP筋配筋率的增大,同等荷载水平下的混凝土和FRP筋应变逐渐减小,开裂后混凝土应变的增长逐渐加快;混凝土强度对板的抗裂荷载和极限冲切承载力影响较大,FRP筋配筋率的影响相对较小;FRP筋混凝土双向板在中置和偏置集中荷载作用下的破坏属于脆性的局部冲切破坏。     

考虑粘结滑移本构关系的FRP筋锚固长度

在FRP筋混凝土拉拔试件微分单元受力分析的基础上,考虑FRP筋混凝土粘结本构关系,推导了随不同位置变化的滑移、FRP筋拉应力和粘结应力理论公式。根据这些理论公式进而得到了最小锚固长度的计算公式,并通过算例进行分析。研究表明,对于FRP筋混凝土构件在正常使用极限状态下,在粘结-滑移本构关系上建立起来的FRP筋锚固长度的限值是满足设计要求的。另外,在此基础上建立的FRP筋锚固长度是针对试件实际的粘结滑移关系,对于表面不同类型、不同组成成分的FRP筋均能较好地确定其最小锚固长度,这对FRP筋混凝土结构构件的设计具有一定的指导作用。     

Effect of confining FRP overlays on bond strength enhancement

In this study, changes in the bond strength of reinforcing bars due to external confinement, through FRP overlays, was investigated. Eccentric pullout specimens with insufficient bond length and with two different normal strength concrete levels were reinforced with single deformed bars placed with a small cover thickness. Three reinforcing bar sizes and two FRP types, each having two different number of layers, were used in the experiments. Significant enhancement in bond strength due to FRP confinement was observed in all specimens. Although the increase in bond strength was closely related to the clamping force developed by the FRP overlays, the effectiveness of the invoked clamping force reduces beyond a limiting value. The orientation of the splitting cracks was also affected by the existence of the FRP overlays.     

Modeling the pullout behavior of fiber reinforced polymer bars from concrete

This paper presents a numerical investigation of pullout behavior of fiber reinforced polymer (FRP) bar from concrete matrix. As an attempt to capture the debonding process, a progressive damage model is used. Interfacial stress distribution for different load level is analyzed. The effects of embedded length, diameter of FRP bar and bond strength on the load-loaded end displacement are studied. The numerical results indicate that the bond stress decreases gradually from loaded end to embedded end along embedded bar length. The debonding initially starts from loaded end and propagates to embedded end as load increasing. The embedded length and bond strength affect the load-loaded end displacement curves significantly while the diameter of the FRP bar has no obvious effect on these curves. The numerical results have a good agreement with the experimental investigation.     

Investigation of bond in concrete member with fibre reinforced polymer (FRP) bars

Bond strength of fibre reinforced polymer (FRP) rebars was experimentally investigated in this study and compared to that of steel rebars. A total of 64 concrete beams reinforced with two types of FRP rebars, respectively, were tested. Four nominal diameters of FRP and steel rebars, namely, 12.7, 15.9, 19.1 and 25.4 mm and three embedment lengths, six, 10 and 16 times the rebar diameter were used. Moreover, three concrete depths of 200, 600 and 1000 mm were investigated in the 18 pullout specimens. Results of the tests indicated that the applied tensile load approached the tensile strength of rebars as the embedment length increased and the GFRP rebars showed lower bond strength values compared to steel rebars. The average maximum bond strength of the FRP rebars varied from 5.1 to 12.3 MPa depending on the diameter and the embedment length. The GFRP rebars showed lower bond strength values compared to steel rebars. A modification factor of 1.30 is recommended for computing the development length, to account for the top bar effect. A new model is proposed for the ascending branch of the bond–slip law.     

火灾高温下GFRP筋和混凝土粘结性能试验研究

为了研究火灾环境中不同温度下纤维增强塑料(FRP)筋和混凝土之间粘结性能的变化以及火灾后FRP筋和混凝土之间的残余粘结性能,以玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋为例,对34组共120个混凝土棱柱体粘结试件进行了火灾高温时GFRP筋和混凝土之间粘结性能的试验研究,试验主要考虑了温度、混凝土强度和粗骨料粒径的影响,得到了高温中和降温后GFRP筋和混凝土之间的粘结强度以及GFRP筋的锚固长度。试验结果表明,随温度的升高,粘结性能会随之下降,当温度下降至室温后,其粘结性能会得到恢复。这些试验结果可以应用于GFRP筋增强混凝土结构抗火设计中。     

钢筋与混凝土粘结本构关系的试验研究

在钢筋与混凝土粘结性能的分析研究中,钢筋与混凝土的粘结本构关系是至关重要的。为了正确揭示钢筋与混凝土的粘结本构关系,本文首先从理论上推导了钢筋应力σs、钢筋与混凝土的粘结应力τ以及钢筋与混凝土的相对滑移s的解析表达式,并根据拔出试验数据,给出了随不同位置变化的钢筋与混凝土粘结应力和相对滑移关系,推导了反应这种变化规律的位置函数。本文还通过不同锈蚀量的光面钢筋和变形钢筋的拔出试验,得到了两种钢筋与混凝土的粘结性能随着不同钢筋锈蚀量的变化规律,根据试验结果的统计分析,给出了两种钢筋锈蚀后与混凝土的粘结强度计算公式。最后,本文给出了随时间和位置变化的钢筋与混凝土的粘结本构关系,可较全面地反映钢筋与混凝土的粘结性能。     

CFRP筋与海水海砂混凝土黏结性能试验

为研究纤维增强塑料(FRP)筋与海水海砂混凝土(SWSSC)的黏结性能,选择4种碳纤维增强塑料(CFRP)筋材和2个强度等级的SWSSC,制作了72个试件进行拉拔试验,研究了黏结长度、筋材直径、混凝土强度和筋材表面处理等参数对黏结性能的影响; 开展了SWSSC试件与普通混凝土(NC)试件的对比试验,获取了试件的破坏形态和黏结应力-滑移曲线。基于ACI 440.1R-06公式提出了新的黏结强度计算公式。结果表明:CFRP筋与SWSSC的黏结破坏模式可以分为拔出破坏和劈裂破坏; 黏结强度随黏结长度的增加而逐步减小,且与(l_d/d_b)^-0.41呈近似关系(l_d为黏结长度,d_b为CFRP筋直径); 黏结强度随混凝土强度的提高而增大,但与CFRP筋材直径的相关性不明显; 表面喷砂能够显著提高CFRP筋与SWSSC的黏结性能,黏结强度增长系数可取为1.76; 相比于NC,CFRP筋与SWSSC的黏结强度有小幅度降低; 采用ACI 440.1R-06和CSA S806-02公式得到的预测结果与试验结果之间误差较大,均不适合直接用于估算CFRP筋与SWSSC的抗拔强度; 基于ACI 440.1R-06提出的新黏结强度计算公式计算结果与试验结果吻合程度较高,但其适用性需要进一步验证。