大直径玻璃纤维增强聚合物复合材料抗浮锚杆外锚固性能试验及黏结-滑移模型

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料抗浮锚杆与建筑物混凝土底板的锚固效果关乎整个结构的安全性和稳定性。为深入探究GFRP复合材料抗浮锚杆与混凝土底板之间的锚固性能,本文通过自行设计的足尺锚杆对拉试验装置对不同锚固形式的GFRP复合材料抗浮锚杆进行抗拔试验,测定锚杆极限抗拔承载力及杆体与混凝土间相对滑移量。试验结果表明,采用新型应力分散锚具锚固的GFRP复合材料抗浮锚杆外锚固段锚固效率均在80%以上,与混凝土间滑移量均大于裸筋直锚试件,证实该新型应力分散锚具可有效提升GFRP复合材料抗浮锚杆外锚固效果。在双曲线模型基础上提出一种新型的描述GFRP复合材料抗浮锚杆与混凝土黏结-滑移关系上升段本构模型,该模型综合考虑杆体直径及锚固长度对锚杆杆体与混凝土间黏结-滑移本构关系的影响,模型预测结果与本次试验结果吻合度较高,并对模型的合理性和准确性进行了验证。     

GFRP筋及钢筋抗浮锚杆承载特性现场试验及荷载-位移模型

玻璃纤维增强聚合物(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)锚杆是从非金属锚杆中发展出的新型复合材料锚杆,具有自重轻、抗拉强度高、造价低、抗腐蚀性能好、抗电磁干扰能力强等优点。基于某中风化花岗岩场地的GFRP筋及钢筋抗浮锚杆的破坏性拉拔试验,对抗浮锚杆在拉拔过程中锚杆杆体及锚固体的位移进行测量,分析了不同材质、不同锚固长度的抗浮锚杆的承载性能及杆体、锚固体相对滑移量的差异,对比不同荷载-位移模型并获得了最适宜岩石抗浮锚杆的荷载-位移模型。试验结果表明:在中风化花岗岩中,相同锚固长度下的GFRP抗浮锚杆比钢筋抗浮锚杆的破坏荷载增加13%~14%,GFRP抗浮锚杆更易发生杆体拔出破坏,锚固系统仍有残余承载力未发挥,使用GFRP锚杆代替钢筋锚杆具有可行性;与锚固长度为4.5 m的GFRP抗浮锚杆相比,锚固长度为6.5 m的锚杆杆体相对于锚固体的滑移量更大,增大GFRP抗浮锚杆的锚固长度可有效增加其相对滑移量,但提升钢筋抗浮锚杆的锚固长度对其破坏形态无明显影响;双曲线函数及幂函数荷载-位移曲线模型与实测值吻合度较差,指-幂函数曲线模型对本次试验锚杆的破坏荷载预测精度最高,曲线整体走势较一致。      

基于裸光纤光栅传感技术GFRP抗浮锚杆荷载传递机制的原位试验研究

基于3根全螺纹GFRP抗浮锚杆现场拉拔破坏性试验,成功地将植入式裸光纤光栅传感技术应用于抗浮锚杆拉拔试验中,研究了全长黏结GFRP抗浮锚杆在各级荷载作用下的承载特性、荷载传递特征及破坏机制。研究表明:植入式裸光纤光栅传感技术有其独特的优越性,不会对锚杆自身造成损伤;GFRP抗浮锚杆破坏以杆体基体材料剪切破坏为主,锚固长度为5.0 m,ϕ28 mm锚杆极限抗拔承载力为400 kN,能够满足工程需求;锚杆的轴向应力主要集中在距孔口约3.0 m的区域,且随着锚固深度的增加迅速衰减;剪应力峰值出现在距离孔口以下约0.8 m的位置,随着荷载的增加,剪应力曲线的峰值逐渐增大并向深部移动。在此基础上,进一步分析论证了GFRP抗浮锚杆的破坏机制,为GFRP抗浮锚杆的工程应用提供了理论依据。     

基于套管屈曲约束的拉挤型GFRP管轴压性能

为解决复合材料空间桁架结构部分关键压杆失稳引发的连续性倒塌问题,提出了一种由不锈钢套管及螺栓连接系组成的玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管整体失稳套管屈曲约束装置。为分析该套管屈曲约束装置对拉挤型GFRP管轴压性能的影响,对3个GFRP管试件和4个套管屈曲约束GFRP管试件进行了轴压试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,对比研究了两者的极限承载力和破坏模式,同时利用有限元模型分析了不同内核长细比、内核与套管间隙及套管壁厚对GFRP管轴压性能的影响。结果表明:该套管屈曲约束装置能有效约束GFRP管整体失稳变形,其极限承载力和延性均得到提升,并使GFRP管从失稳破坏向材料强度破坏发展;内核长细比越大,套管屈曲约束GFRP管极限承载力相比于内核失稳临界荷载的相对提升幅值越高,约束效果越好;内核与套管间隙越大,GFRP管延性越好,但其极限承载力会降低;套管壁厚过薄会降低GFRP管极限承载力,过厚则约束效果不明显。      

钢丝与混凝土粘结拔出行为的试验与模拟

该文首先建立了钢丝从混凝土基材中拔出的试验方法,并试验测定了不同锚固长度的钢丝拉拔行为,获得了拉拔荷载与拔出端位移之间的定量关系。在此基础上,建立了基于细观力学分析的钢丝拔出模型。通过模型计算,获得了钢丝与混凝土之间的界面粘结参数,并计算分析了锚固长度、倾斜角度等因素对钢丝拔出行为、最大承载力的影响。试验与模型计算结果表明,钢丝在混凝土中的拔出行为可分为脱粘和拔出两个阶段。在脱粘阶段,钢丝与混凝土之间的粘结强度可视为常数;在拔出阶段,钢丝与混凝土之间的粘结强度随拔出位移首先快速减小,之后减小速率逐渐降低,并趋于恒定值。对相同养护龄期,钢丝锚固长度越长,钢丝极限拔出荷载越大,同时与最大拔出力相对应的拔出位移也逐渐增大。钢丝埋置深度和角度相同时,养护龄期越长,钢丝抗拔能力增强。钢丝拔出方向与锚固方向不一致时,钢丝拔出荷载将增大,钢丝拔出方向与埋入方向夹角越大,抗拔极限承载力越大。模型与实验结果对比表明,所建模型及其所获得的粘结参数可良好地预测不同锚固长度的钢丝从混凝土中的拔出行为。     

冷弯薄壁型钢增强复合材料夹层梁的受剪性能

冷弯薄壁型钢增强复合材料(GCS)夹层梁由上、下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)面板、轻质芯材和冷弯薄壁型钢组成.将薄壁型钢(压型钢板)嵌入巴萨木芯材内部,以提高其剪切刚度和极限承载力,薄壁型钢和纤维面板之间采用铆钉连接.通过3点弯试验对GCS夹层梁受剪性能进行研究,分析了薄壁型钢厚度、铆钉间距等参数对其剪切受力机理和破坏模式的影响.结果表明:相对于无薄壁型钢增强复合材料夹层梁,GCS夹层梁剪切刚度和极限承载力分别提高了98％ ～133％ 和71％ ～127％;薄壁型钢厚度对GCS夹层梁剪切刚度和极限承载力影响不明显;GCS夹层梁剪切破坏模式为巴萨木芯材剪切和GFRP面板与薄壁型钢界面剥离破坏;铆钉能有效抑制GFRP面板与薄壁型钢间界面剥离破坏,提高夹层梁延性性能,间距越小,提高效果越明显.     

GFRP约束微珠泡沫柱准静态受压性能

本研究对2根微珠泡沫柱及5根玻璃纤维复合材料(GFRP)约束微珠泡沫组合柱开展准静态轴压试验,探讨了GFRP层数、横向纤维与纵向纤维比例、泡沫密度等参数对组合柱极限承载力和吸能效应的影响,并与静态试验结果进行对比,研究不同加载速率对构件受压性能的影响规律.结果表明:准静态压缩作用下GFRP层数和泡沫密度的增加均提高了构...     

GFRP管抗屈曲加固角钢的力学性能试验研究

该文采用GFRP管对轴心受压角钢构件进行抗屈曲加固,对3种长细比、2种加固构造形式的9个试件进行轴压试验,试验研究表明:该抗屈曲加固方法具有较好的施工可操作性,GFRP管抗屈曲加固方法提高了受压角钢构件的抗屈曲能力。加固后角钢构件的极限承载力提高了6.16%~37.58%,延性得到一定程度的提高;该方法对长细比较大的构件加固效果较明显,且破坏模式发生一定变化。该文提出的GFRP管刚度贡献系数的计算公式,修正后计算结果与试验值吻合较好。     

GFRP管钢骨高强混凝土偏压柱试验研究

通过8根GFRP管钢骨高强混凝土组合柱偏心受压试验,研究了GFRP管纤维缠绕角度、管壁厚度、长细比及偏心距等参数对组合柱受力性能的影响.试验结果表明:组合柱承载力随着GFRP管壁纤维缠绕角度的减小、管壁厚度的增加而提高,随着长细比增大、偏心距增加而降低.根据试验研究与理论分析,建立GFRP管钢骨高强混凝土偏心受压组合柱...     

CFRP筋增强ECC梁弯曲性能试验研究

为研究碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋/超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composite,ECC)梁的抗弯性能,对3根CFRP筋/ECC梁、1根玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋/梁和1根CFRP筋混凝土梁进行了四点弯曲试验,分析了配筋率、纤维增强树脂复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)筋类型和基体类型对梁抗弯性能的影响。试验结果表明:CFRP筋/ECC梁与GFRP筋/ECC梁和CFRP筋混凝土梁类似,均经历了弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段;配筋率对CFRP筋/ECC梁的受弯性能影响较大。随着配筋率的增加,CFRP筋/ECC梁的承载能力不断提高,延性性能逐渐减弱;ECC材料优异的应变硬化能力和受压延性,使得CFRP筋/ECC梁的极限承载能力和变形能力均优于CFRP筋混凝土梁;由于ECC材料多裂缝开裂能力,CFRP筋/ECC梁开裂后,纵筋表面应变分布比CFRP筋混凝土梁更均匀; 由于聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)纤维的桥联作用,CFRP筋/ECC梁破坏时,其表面出现了大量的细密裂缝,且能保持较好的完整性和自复位能力;正常使用阶段,CFRP筋/ECC梁的最大弯曲裂缝宽度均小于CFRP筋混凝土梁。最后,根据试验结果,建立了基于等效应力图的CFRP筋/ECC梁弯曲承载力简化计算模型,确定模型中的相关系数。由简化模型计算的极限承载力与试验结果具有较好的相关性。      

Test on pultruded GFRP I-section under web crippling

This paper presents the details of experimental and numerical research study on web crippling property of pultruded GFRP I-section under concentrated web crippling loadings. A total of 12 pultruded GFRP I-section with different loading conditions and bearing lengths was tested. The experimental scheme, failure modes and load–displacement curves were also presented. The investigation was focused on the effects of different loading condition and bearing length on web crippling ultimate capacity and ductility of pultruded GFRP I-section. The failure mode comprised longitudinal bending main crack, bending wrinkling cracks and shear cracks. Specimens with interior bearing load had slightly higher ultimate strength and greater deformation capacity than those of specimens with end bearing load. The ultimate strengths usually decreased with the increase of the bearing length except IG condition. Finite element models were developed to numerically simulate the tests performed in the experimental investigations by using commercial ABAQUS software. Based on the results of the parametric study, a number of design formulas proposed in this paper can be successfully employed as a design rule for predicting web crippling ultimate capacity of pultruded GFRP I-section under four loading and boundary conditions by using single parameter analysis.     

CFRP筋夹板式锚具锚固性能试验研究

设计了一种CFRP 筋夹板式锚具,通过对40 个CFRP 筋-锚具组装件的拉拔试验,研究了锚固长度、螺栓预紧力、螺栓数量和CFRP 筋表面处理等对锚具锚固性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态包括CFRP筋的滑移、断裂和拉脱三种,试件达到极限荷载时的滑移量较小.增加锚固长度、螺栓总预紧力、螺栓数量以及对CFRP 筋表面打磨处理均可在一定范围内提高锚具试件的极限荷载.通过合理控制上述参数,可以使锚具发挥良好的锚固性能,满足实际使用要求.该文给出了CFRP 筋夹板式锚具合理的构造和螺栓预紧力值.在试验研究基础上,分析了CFRP 筋夹板式锚具的锚固作用机理,建立考虑锚固长度、螺栓预紧力和螺栓数量的CFRP 筋-锚具界面平均摩擦系数模型,并提出夹板式锚具的极限荷载计算公式,与试验结果吻合良好,具有较好的适用性.     

Tensile behaviour of anchored blind bolts in concrete filled square hollow sections

In this paper, the tensile behaviour of a new type of blind bolt, the anchored blind bolt, has been studied. This type of bolt consists of a conventional blind bolt with a headed stud extension that anchors it into the infill concrete. It has been developed for use in moment-resisting connections between I-beams and concrete-filled hollow section columns. The behaviour of these connections is highly dependent on the tensile behaviour of the anchored blind bolts. Hence, the fundamental mechanics of this behaviour has been studied here, both experimentally and in simulations using FE models. The complex interactions between the headed stud anchorage, the concrete infill, and the steel tube have been examined in detail. The experimental and numerical findings were used to understand the influence of important parameters in the tensile behaviour of the anchored blind bolts. It was found that the location of the bolt with respect to the side walls of the tube had a substantial influence on the behaviour of the anchored blind bolts. All the bolts located close to the side walls of the square hollow sections reached the ultimate tensile capacity of the equivalent structural bolts. This was due to the development of a concrete strut which transferred the load to the corner of the steel section. The bolt diameter also had a significant influence on the stiffness and strength of the anchored blind bolts.     

一种新型装配式梁柱节点抗震性能试验研究

提出一种新型装配式全栓接的方钢管柱H型梁梁柱节点。为研究节点的抗震性能,对6个1:2试件进行了拟静力试验。分析轴压比、抗弯、抗剪螺栓预拉力、槽形钢厚度、狗骨式连接等参数对节点的破坏模式、滞回性能、延性的影响。研究结果表明:在0.2~0.4范围内提高轴压比,节点的极限承载力略有降低,但耗能能力和延性均有提高;降低抗剪螺栓的预拉力,节点的极限承载力,耗能能力与延性均有降低;降低槽形钢的板厚,节点承载力微有提高,节点梁柱相对转角提高,但耗能能力降低;降低抗弯螺栓预拉力,节点的极限承载力提升,但耗能能力与延性均有降低;采用狗骨式连接,虽然梁翼缘削弱部位在加载后期出现撕裂,但节点表现出良好的延性和耗能能力以及稳定的刚度退化性能。节点层间位移延性系数μ=2~2.66,弹性层间位移角φ_y=0.0208~0.0327,弹塑性层间位移角φ_u=0.0486~0.079,梁柱相对极限塑性转角θ_u=0.05~0.087。极限荷载时等效粘滞阻尼系数h_e=0.287~0.45,试验结果表明节点具有良好的抗震性能。     

C/SiC复合材料螺栓螺牙承载能力

为了对C/SiC复合材料螺栓螺牙的承载能力进行评估,采用有限元法和刚度折减方法对C/SiC复合材料螺牙抵抗拉脱的能力进行了研究。结果表明:当齿合螺牙数大于6时,再增加齿合螺牙数已不能有效地提高螺牙的初始拉脱载荷;增大螺距会降低螺牙初始拉脱强度,因而也不能显著地提高螺牙的初始拉脱载荷;在螺距与螺栓直径之比保持常数的情况下,螺牙的初始拉脱载荷与螺栓直径的平方成正比;而螺牙的极限拉脱载荷则近似正比于齿合螺牙数、螺距及螺栓直径。     

T800碳纤维增强复合材料双剪单钉连接的拉伸试验及强度估算

为系统地研究T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的力学性能,首先,对T800碳纤维增强复合材料双剪单钉连接进行了面内准静态拉伸试验,探讨了铺层比例、铺层顺序、螺栓直径以及固化工艺对复合材料螺栓连接刚度和2%偏移挤压强度的影响;然后,根据试验结果得到了T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的应力集中减缓因子;最后,结合相应铺层比例的无缺口层合板的应力集中减缓因子和拉伸强度,建立了复合材料连接最终挤压强度的工程算法。结果表明:当螺栓断裂时,连接的最终挤压强度由螺栓剪切强度和螺栓直径/板厚比决定;连接存在挤压和剪切2种失效形式,与±45°铺层比例有关;工程算法的计算结果与试验结果吻合良好。所得试验结果和工程算法可为T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的初步设计提供理论依据和技术支持。