锈蚀钢筋混凝土梁中钢筋与混凝土间粘结性能退化分析

钢筋与混凝土之间的粘结强度下降是导致锈蚀钢筋混凝土构件承载力退化的主要原因之一.本文在锈蚀钢筋混凝土梁试验数据的基础上,建立ANSYS有限元模型,其中混凝土采用Solid65单元、钢筋采用Link8单元、钢筋与混凝土之间的粘结作用采用Combin39弹簧单元来模拟.根据试验梁荷载-位移曲线进行模型修正,获得合适的粘结强度退化修正系数,并利用曲线拟合技术得到锈蚀钢筋混凝土梁中钢筋与混凝土粘结强度退化修正公式.该公式能够用于实际锈蚀钢筋混凝土结构承载力的计算以及结构安全评估工作.     

考虑冻融和应力影响的混凝土构件碳化试验研究

为分析冻融循环和应力水平对混凝土结构碳化深度的影响,设计并实施了不同应力钢筋混凝土试件纯碳化试验和冻融-碳化交替试验.以Papadakis的经典碳化理论模型为基础,结合冻融和应力对混凝土CO2扩散性能的影响,以混凝土中可碳化物质在碳化过程中各物质质量平衡为条件建立微分方程,使用COMSOL Multiphysics建立考虑冻融和弯压应力的钢筋混凝土试件碳化深度模型,比较数值模拟结果与试验结果.结果 表明,压应力和冻融分别会提高和降低混凝土的抗碳化能力;当混凝土受力状态由受压变为受拉时,应力-冻融耦合对混凝土的碳化由抑制转换为促进作用,确定不同冻融条件及混凝土类型下的冻融临界应力,有助于对冻融环境下混凝土碳化进行有效防护;基于COMSOL Multiphysics的有限元分析结果和实测结果吻合较好,可为冻融和应力下混凝土构件碳化深度预测分析提供依据.     

考虑不同位置变化的GFRP筋与混凝土粘结试验研究

通过对GFRP筋混凝土试件进行内贴片单端拉拔试验,将试验数据进行总结和分析,绘制GFRP筋应变随荷载和不同位置变化的分布曲线,探讨曲线各自的特征;研究GFRP筋与混凝土之间的粘结应力及滑移随不同位置变化的分布情况。试验结果表明,由于GFRP筋材料本身特性的原因使得其与混凝土之间的粘结应力随位置的变化规律与钢筋混凝土有显著的不同;运用粘结长度范围内不同位置处的滑移拟合公式得到的随不同位置变化的滑移曲线计算值与试验值吻合良好。     

低周反复荷载作用下混杂纤维混凝土柱变形性能分析

考虑钢纤维和聚丙烯纤维体积掺量的影响,设计了21根钢筋混凝土柱,通过低周反复荷载试验,研究分析了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱在低周反复荷载下的荷载-应变关系.研究结果表明:掺入钢纤维对降低混凝土柱中钢筋应变的增长速度有显著作用;聚丙烯纤维及钢纤维混杂掺入后,使得混凝土内部应力得到分散,对混凝土裂缝的发展和应力传递起到了抑制作用,且混杂纤维的阻裂作用较单一钢纤维更显著.最后,利用ANSYS软件模拟相同条件下的低周反复荷载试验,得到钢筋的荷载-应变曲线与试验结果基本吻合.     

锈蚀钢筋混凝土黏结性能及本构关系的试验研究

通过电化学加速锈蚀方法,获得了不同锈蚀率下(0 ～4.84％)高强钢筋与混凝土的黏结-滑移曲线.分析了钢筋锈蚀率对钢筋与混凝土之间黏结强度、黏结刚度的影响.结果表明:钢筋锈蚀率较低时(≤2.22％),黏结强度、黏结刚度均随锈蚀率的增长而增强;当钢筋锈蚀率超过3.46％时,试件出现锈胀裂纹,黏结强度、黏结刚度出现明显衰退;基于试验结果,建立了高强钢筋锈蚀后与混凝土间黏结-滑移本构方程,可用于对锈蚀钢筋混凝土结构的有限元分析提供参考.     

FRP与混凝土界面粘结性能的试验研究

纤维(FRP)与混凝土的粘结性能是外贴纤维增强聚合物加固钢筋混凝土结构技术的关键问题。采用修正梁模型,对9个外贴FRP条带加固混凝土受弯构件的粘结性能进行了试验研究。分析了FRP应变、局部粘结剪应力发展规律以及沿粘结长度在各级荷载下的分布规律。考察了混凝土强度和FRP粘结长度对粘结强度等粘结性能的影响。验证了FRP有效粘结长度,探讨了有效粘结长度的影响因素,计算得到了局部粘结剪应力滑移关系曲线。通过对试验结果的统计回归分析,提出了局部粘结剪应力滑移本构关系模型以及有效粘结长度计算公式,分析结果与试验结果都吻合较好,可供实际加固改造工程应用及完善相应规范的编制参考。     

表面内嵌FRP筋混凝土粘结-滑移本构关系试验研究

通过对一组表面内嵌FRP筋混凝土试件进行拉拔试验,分析表面内嵌FRP筋混凝土的受力过程和破坏模式;研究FRP筋直径、粘结长度和FRP筋类型等因素对粘结滑移性能的影响。结果表明,试件的破坏模式表现为FRP筋与结构胶界面破坏、结构胶与混凝土界面剥离、FRP筋被拉断和结构胶劈裂四种破坏模式;内嵌BFRP筋试件的粘结应力随粘结长度的增长而增大,而内嵌GFRP筋试件的粘结应力随粘结长度的增长而减小。因FRP筋泊松比的降低和剪切滞后效应,试件的粘结应力随着FRP筋直径的增大而减小。同时,对试验结果进行处理分析,建立了一种适用于表面内嵌FRP筋混凝土粘结-滑移本构关系模型,并给出模型特征点的数学表达式,将拟合曲线与试验曲线进行对比分析。结果表明,该本构关系能够较为准确地模拟表面内嵌FRP筋混凝土的粘结滑移性能。     

钢筋玄武岩纤维混凝土短柱轴心受压承载能力试验研究

为了研究玄武岩纤维对钢筋混凝土受压构件中增强功能,推进玄武纤维的应用,本文首先对添加0.1%体积掺量的5种长度玄武岩纤维混凝土进行纤维最佳长度研究;得到最佳长度为12 mm玄武岩纤维对混凝土立方体强度增强效果最佳;其次选择12 mm和24 mm的两种玄武岩纤维混凝土最佳掺量进行研究,得到最佳掺量0.15%.在此基础上,本文以体积掺量0.15%,长度为12 mm和24 mm玄武岩纤维混凝土各制作了3根钢筋玄武岩纤维短柱,制作普通钢筋混凝土短柱3根,并对所有试验柱进行了轴心受压极限承载力试验,结果发现,钢筋玄武岩纤维混凝土短柱的轴心受压极限承载能力较普通钢筋混凝土柱最大提高了28%;玄武岩纤维提高了钢筋混凝土短柱的延性.另外,钢筋玄武岩纤维混凝土短柱轴心受压极限承载力试验值大于理论计算值,说明玄武岩纤维不仅提高了混凝土抗压性能,也提高了钢筋和混凝土共同作用效能.     

BFRP筋碱激发混凝土粘结性能试验研究与数值模拟

玄武岩纤维增强复合筋(BFRP筋)碱激发混凝土为海洋环境下混凝土的耐久性提供安全保障。在其中心拉拔试验的基础上,采用分离式模型,运用ABAQUS有限元软件进行粘结滑移性能数值模拟与分析。通过试验数据,得出适用于BFRP筋碱激发混凝土的粘结滑移本构模型以及碱激发混凝土的塑性损伤模型,构建了基于非线性弹簧单元的数值模型,试验结果与计算结果吻合程度较好,验证了模型的准确性。试验与模拟结果表明:粘结长度为2.5d、5d(d为BFRP筋直径)的试件均发生筋材拔出破坏,粘结长度为10d的试件均发生劈裂破坏;BFRP筋与碱激发混凝土之间的粘结应力分布并不均匀,随着粘结长度和筋材直径的增大,极限粘结强度逐渐减小;当BFRP筋直径d=12 mm,粘结长度为2.5d、5d和10d的碱激发混凝土试块极限粘结强度分别为13.92 MPa、13.56 MPa和12.60 MPa,较相同粘结长度的普通混凝土试件,其极限粘结强度分别提高6.58%、10.97%和9.76%。     

钢纤维对混凝土内钢筋锈蚀性能的影响

通过钢纤维混凝土中的钢筋锈蚀试验,比较素混凝土和钢纤维混凝土保护层开裂时间的不同,探讨了钢纤维对混凝土中的钢筋锈蚀性能的影响机理.建立了混凝土保护层开裂前钢筋锈蚀有限元计算模型,分析了钢纤维掺量对保护层锈胀开裂时间的影响.结果表明,掺入钢纤维可以延长钢筋混凝土的使用寿命,有限元计算出的混凝土保护层初裂时间与快速试验结果比较吻合.     

露天、薄壁混凝土结构温度裂缝有限元分析

对环形半下沉式钢筋混凝土结构辅助用房进行裂缝计算和有限元分析，从理论上阐述了露天、薄壁、超长钢筋混凝土结构温度裂缝产生的原因，采用混凝土温度收缩裂缝控制理论，对屋面顶板进行了简化计算。     

基于分形理论和扩展有限元法的钢纤维混凝土损伤破坏机理

为研究钢纤维混凝土损伤破坏过程和裂纹发展演化机理,基于分形理论和扩展有限元法,建立钢纤维混凝土立方体抗拉试验细观有限元模型和切口梁三点弯曲试验有限元模型,以相关试验测试结果为基础,比较验证了所建有限元分析模型的可靠性。以裂纹分形维数表征钢纤维混凝土损伤演化过程,考察不同钢纤维体积掺量和长度、粗骨料形状等重要因素对钢纤维混凝土损伤演化过程的影响。结果表明,基于裂纹分形维数的损伤值可以较好地反映钢纤维混凝土的损伤演化过程及特征,钢纤维体积掺量、长度的增加和骨料形状的不规则化会延缓钢纤维混凝土立方体试件的损伤演化过程,钢纤维体积掺量、初始裂纹距跨中距离的增加和初始裂纹缝高比的减小可在较小程度上延缓钢纤维混凝土切口梁的损伤演化过程。     

冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土的粘结承载力

通过对粉煤灰混凝土试件的直接拔出试验,分析粉煤灰掺量与冻融作用对粘结试件的初始滑移粘结强度、劈裂强度、极限粘结强度及粘结强度-滑移曲线下的面积作为粘结试件韧性评价指标的变化规律.试验结果表明:钢筋与粉煤灰混凝土的粘结强度随粉煤灰掺量的增加而降低;试件粘结韧性随粉煤灰掺量的增加先降低后增强,粉煤灰掺量较大的试件在加载过程中表现出良好的韧性;冻融作用对试件极限粘结强度的影响程度随粉煤灰掺量增大而减小,40%粉煤灰试件在冻融环境下表现出较好的粘结韧性.掺入较多粉煤灰可以在一定程度上减缓粘结试件的冻融损伤.     

Experimental study on bond strength of fiber reinforced polymer rebars in normal strength concrete

The bond behavior of reinforcing bars is an important issue in the design of reinforced concrete structures and the use of fiber reinforced polymer (FRP) rebars is a promising solution to handle the problems of steel reinforcement corrosion. This study investigates the bond characteristics of carbon and aramid FRP (CFRP and AFRP) bars embedded in normal strength concrete. A pullout test was performed on 63 normal strength concrete specimens reinforced with FRP and steel rebars with different embedment lengths and bar diameters. The average bond stress versus slip curve is plotted for all specimens and their failure modes are identified. The effects of the embedment length and diameter of an FRP rebar on its bond strength are examined in this work. The bond strengths obtained from the test results are compared with the predictions by the bond strength equation proposed by Okelo and Yuan (2005), and its validity is evaluated.     

Effect of corrosion on bond in reinforced concrete under cyclic loading

Cyclic loading can result in severe deterioration in the bond between reinforcing steel bar and the surrounding concrete, especially when the reinforcement is corroded. In this study, tests were carried out for bond stress-slip response of corroded reinforcement with concrete under cyclic loading. Parameters investigated include: corrosion level, confinement, bar type, and loading history. The results revealed that bond behaviour was significantly reduced under cyclic loading. Degradation in bond was significantly less for deformed bars than for smooth bars at the initial loading cycle, but the difference was diminished with loading. The bond reduction was more substantial for unconfined steel bars than for confined bars. The relatively high level of corrosion caused degradation primarily in the initial five cycles, the effect of corrosion being decreased with loading. It was also demonstrated that the cyclic bond stress-slip curves depended on loading history.     

RC结构二维非线性有限元分析模型的探讨

由于钢筋混凝土结构组成材料的特殊性,在有限元分析过程中,材料本构模型特别是混凝土的材料模型对分析结果的合理性和准确性有很大的影响。对RC结构的二维有限元分析(2D-FEA)的钢筋、混凝土的材料本构模型的合理选取进行了探讨,通过RC平板和单层剪力墙的二维非线性有限元分析,分析结果与试验结果符合较好,得出文中所探讨的材料本构模型能较好地模拟RC结构的非线性特性。     

冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型研究

为研究冻融循环作用下沙漠砂纤维混凝土的损伤模型,对沙漠砂纤维混凝土进行0次、25次、50次、75次、100次、125次及150次的快速冻融试验,分析不同冻融循环次数后沙漠砂纤维混凝土相对动弹性模量、抗压强度及劈裂抗拉强度的衰减规律。结合试验数据,基于指数函数和二次函数建立沙漠砂纤维混凝土的冻融损伤劣化模型。结果表明:与沙漠砂混凝土相比,掺入聚丙烯纤维的沙漠砂混凝土的抗冻融能力有效提高;相对动弹性模量随冻融循环次数的增加而下降;与未冻融相比,150次冻融循环后,沙漠砂纤维混凝土的抗压强度降低了49.5%,劈裂抗拉强度降低了70.13%;建立了两种冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型,其计算值与试验值吻合较好,可为沙漠砂纤维混凝土在严寒地区的应用提供理论参考。     

钢纤维轻骨料混凝土细观均匀化及受扭构件极限承载力研究

钢纤维轻骨料混凝土(SFLWC)因自重轻、耐热性好等优点,在土木工程中应用愈加广泛。由于其本质为多相复合材料,力学性能试验结果离散性大且试验费时耗力,因此采用细观均匀化理论预测其力学性能是有效方法之一。本文运用Mori-Tanaka均匀化理论,预测钢纤维体积掺量为0%、0.5%、1%、1.5%时钢纤维轻骨料混凝土的弹性模量,并以此为基础进行了钢纤维轻骨料混凝土的抗扭性能有限元分析,对受扭构件极限承载力经验计算公式提出修正建议。结果表明,均匀化理论得到的弹性模量预测值与规范中经验公式计算结果误差很小且与试验结果吻合很好,通过有限元计算得到的钢纤维轻骨料混凝土梁扭转曲线与相关试验结果符合较好,本文建议的极限扭矩计算修正公式与试验结果相比较为一致,故建议的修正公式对工程计算和应用有一定的实际参考价值。     

FRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁受弯性能数值模拟及理论分析

近年来,FRP筋和钢筋混合配筋混凝土结构已逐渐成为土木工程界的研究热点问题之一。在试验研究基础上,应用有限元分析软件ANSYS建立了GFRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁的数值模型,对其抗弯性能进行了有限元分析,提出了FRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁名义配筋面积的概念,并结合中国《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》建立理论模型,对混合配筋混凝土梁的抗弯承载力和挠度进行了理论分析。通过与试验结果对比,证明了有限元模型的精确性以及基于《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》提出的理论计算模型对混合配筋混凝土梁的有效指导性。