GFRP筋与自密实混凝土黏结性能的试验研究

为了研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋与自密实混凝土(SCC)的黏结性能,制作了66个GFRP/SCC试件进行中心拉拔试验,研究SCC混凝土保护层厚度、GFRP筋直径和黏结长度以及SCC中添加纤维种类等因素对两者黏结性能的影响,并对试件的破坏形式进行分析。结果表明:试件主要出现了三种破坏形式,即劈裂破坏、拔出破坏、拔出带缝破坏;通过电镜扫描发现SCC浇筑方向对GFRP筋与SCC黏结界面的结构有一定影响,GFRP筋上部界面与SCC黏结更紧密。当SCC保护层厚度由4D增大至7D时,黏结强度提高了约44.05%;当GFRP筋黏结长度由5D增大至15D时,黏结强度降低了约65.43%;当GFRP筋直径由12 mm增大至16 mm时,黏结强度降低了约22.57%;SCC中添加聚丙烯纤维、钢纤维、聚丙烯纤维+钢纤维的试件黏结强度比不添加纤维的试件黏结强度分别提高12.80%、15.16%、15.09%。可以通过适当增加SCC保护层厚度、在SCC中添加纤维等措施来提高GFRP/SCC试件的黏结强度。      

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...     

高强不锈钢绞线网与工程水泥基复合材料黏结锚固性能试验

为研究高强不锈钢绞线网在工程水泥基复合材料(ECC)中的黏结锚固性能,考虑了横向钢绞线间距、相对锚固长度和钢绞线直径三个影响因素,对设计制作的17组51个试件进行了单边拉拔试验。结果表明:横向钢绞线的设置使黏结破坏具有明显的延性破坏特征;横向钢绞线间距对黏结强度影响不大,但延性强化段长度(延性)随横向钢绞线间距的减小而增大;钢绞线网与ECC的峰值平均黏结应力与锚固长度及钢绞线直径均呈负相关,其延性随钢绞线直径的增大而提高,但随锚固长度的增大而降低。试验结果及分析验证了钢绞线网在ECC中的临界锚固长度计算可采用单根钢绞线的临界锚固长度计算公式。      

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。     

塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋粘结锚固试验研究

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析钢筋直径、相对锚固长度（l_a/d）及混凝土相对保护层厚度（c/d）对塑钢纤维轻骨料混凝土与钢筋间粘结性能的影响,得出不同钢筋直径、锚固长度及相对保护层厚度对试件粘结锚固性能的影响规律,并提出塑钢纤维轻骨料混凝土钢筋锚固长度计算公式。试验结果表明:随钢筋直径的增大,试件粘结刚度增强,极限粘结强度先提高后降低;增加钢筋锚固长度会降低试件极限平均粘结强度,同时极限粘结强度对应钢筋自由端滑移量减小,试件粘结韧性则随锚固长度的增加而减小;混凝土相对保护层厚度增加会使试件极限粘结强度先提高然后趋于平稳。根据试验结果得到的钢筋锚固长度计算公式与规范给出的计算公式进行比较,从极限粘结强度的角度看,规范中的钢筋锚固长度计算公式偏于保守。     

高延性混凝土与带肋钢筋黏结性能试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)与带肋钢筋的黏结性能,设计制作了20组试件。通过中心拔出试验,研究单调和重复荷载作用下试件的破坏形态及黏结滑移破坏机理,分析了HDC的抗压强度、纤维掺量、纤维种类及保护层厚度对带肋钢筋与HDC黏结性能的影响。结果表明：单调与重复荷载作用下,普通混凝土试件发生了脆性劈裂破坏,HDC试件发生劈裂和拔出破坏;试验结果表明,带肋钢筋与HDC的黏结强度随HDC抗压强度增加而提高;相同HDC抗压强度时,纤维掺量的增加可改善带肋钢筋与HDC的黏结性能;相比PP纤维,相同体积掺量的PE纤维与PVA纤维可有效限制混凝土内部径向裂缝的开展,提高带肋钢筋与HDC的黏结强度;依据破坏形态和黏结强度,得出临界相对保护层厚度为2.0;单调与重复荷载作用下,试件黏结强度比由纤维种类和相对保护层厚度主导,残余黏结强度比由抗压强度和纤维掺量主导;根据试验结果,建立了带肋钢筋与HDC的黏结强度计算公式和黏结-滑移本构模型。     

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面处理对UHMWPE/环氧树脂复合材料界面性能的影响机制

从工程化应用角度研究了常压空气等离子体改性对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维/环氧树脂复合材料界面性能的调节机制,主要分析了不同处理时间对UHMWPE纤维表面状态变化的影响,及其对UHMWPE/环氧树脂复合材料界面黏结性能的影响规律。采用SEM及纤维吸水测试研究了等离子体处理对UHMWPE纤维表面物理形貌及纤维表面浸润性能的影响,分别以拉伸和弯曲的方式,通过纤维表面脱黏力及层合板层间剪切强度对UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面黏结性能进行表征。结果表明,仅经过4 s的空气等离子体处理之后,UHMWPE纤维表面脱黏力的提高幅度为84.0%,UHMWPE/环氧树脂复合材料层合板的层间剪切强度由未处理的7.01 MPa提高至15.81 MPa,增幅高达125.5%。研究发现,通过常压空气等离子体处理改变了UHMWPE纤维的表面状态,可以显著高效地调节UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面性能,为扩大该材料的后续工程化应用提供了理论基础。      

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.     

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。     

新型复合材料“高强钢绞线网/ECC约束素混凝土”受压性能试验研究

考虑混凝土强度、工程水泥基复合材料(ECC)强度和横向高强钢绞线配筋率等因素，研究新型复合材料“高强钢绞线网/ECC约束素混凝土”(以下简称HSE约束素混凝土)的受压性能。HSE约束素混凝土轴心受压试验显示，达到最大荷载的30%左右时，约束层ECC出现约为0.01 mm的竖向裂缝；约为最大荷载的85%时，表面最大裂缝宽度约为0.07 mm；达到最大荷载时，最大裂缝宽度仅为0.20 mm；说明该新型复合材料具有很好的裂缝分散和控制能力。之后荷载缓慢下降至最大荷载75%左右，第一根横向钢绞线断裂；达到破坏时裂而不碎，约束层和核心混凝土未发生黏结破坏，完整性良好。HSE约束素混凝土与素混凝土相比，其开裂应力提高了88%~116%；轴心抗压强度提高了21%~49%、轴心压应变增加了约45%；极限压应变提高了106%~175%。ECC强度和混凝土强度及横向钢绞线配筋率的提高，均增大其开裂和最大荷载及极限压应变。      

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。      

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。     

Mechanical properties of an Al/Mg/Al trilaminated composite fabricated by hot rolling

An Al/Mg/Al composite with a trilaminate structure was fabricated by hot rolling and its mechanical properties at quasi-static rates of strain were investigated. The bonding strength of the trilaminated composite is about 40 MPa, mainly attributing to the mechanical bond at the interfaces. The first layer failure strength of the laminated composite increases from 305 to 372 MPa when the relative thickness of aluminium alloy layer increases from 0.235 to 0.265. The tensile and bending properties of the laminates were calculated based on the Classical Laminate Theory (CLT). The calculations of first layer failure strength based on CLT agree with the experimental data in the error of 2.9–18%. Thus, the first layer failure strength of the Al/Mg/Al trilaminated composite fabricated by hot rolling can be calculated by CLT with the maximum stress criteria. The calculations also show that the tensile modulus, the tensile rigidity, the specific tensile rigidity and the first layer failure strength of the laminated composite increase almost linearly with the relative thickness of the aluminium alloy component. The bending rigidity of the laminated composite increases with the relative thickness of aluminium alloy, and approximates to a fixed value after the relative thickness over 0.3. The specific bending rigidity increases with the relative thickness of aluminium alloy and reaches a maximum value when the relative thickness is 0.25.     

Experimental study of bond behaviour between concrete and FRP bars using a pull-out test

This paper presents the results of an experimental programme concerning 88 concrete pull-out specimens prepared according to ACI 440.3R-04 and CSA S806-02 standards. Rebars (reinforcing bars) made of carbon-fibre and glass-fibre reinforced polymer (CFRP and GFRP), as well as steel rebars, with a constant embedment length of five times the rebar diameter were used. The influence of the rebar surface, rebar diameter and concrete strength on the bond–slip curves obtained is analysed. In addition, analytical models suggested in the literature are used to describe the ascending branch of the bond–slip curves. To calibrate the analytical models, new equations that account for the dependence on rebar diameter are presented.     

纳秒激光调控CFRP复合材料表面润湿性及其对胶接性能的影响

采用纳秒激光对碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料进行表面预处理,调控其表面成分、粗糙度和表面润湿性,然后采用SEM、接触角测量仪、光学轮廓仪、XPS等表征CFRP复合材料的表面微观形貌、接触角、粗糙度和化学成分,并通过拉伸剪切实验评价和分析激光表面处理对CFRP复合材料胶接强度的影响规律和机制。结果表明:优化激光表面处理参数,可以去除CFRP复合材料表面的环氧树脂胶,调控其表面成分、粗糙度和表面润湿性;与未处理的CFRP复合材料相比,激光表面处理后的CFRP复合材料表面化学成分改变,表面粗糙度有所增加,润湿性提高,胶接强度也增大;与未处理CFRP复合材料相比,激光离焦量分别为5 mm、10 mm和15 mm时,处理后的CFRP复合材料胶接强度分别提高了129.41%、112.13%和105.88%;激光表面处理CFRP复合材料的表面润湿性和表面粗糙度均高于机械处理CFRP复合材料,但激光处理导致的热损伤对胶接强度提高有负面影响。      

Experimental study on the bond behavior of deformed bars embedded in concrete subjected to lateral tension

The bond behavior of steel bars embedded in concrete, including the anchorage capacity and bond stress–slip relationship, is highly concerned owing to its importance in the design and checking calculation of reinforced concrete structures. The purpose of this paper is to present an experimental study on the bond behavior of deformed bars embedded in concrete subjected to lateral tension. In the experiment, a total of 237 pull-out specimens are tested. It is shown that the failure mode is influenced by the strength of concrete, ratio of the cover depth to bar diameter, and unfavorable lateral tension. The bond strength and the slip at the peak stress decreases with the increase of the unfavorable lateral tension for specimens in pull-out and splitting failures, but the ratio of the residual to ultimate bond strength almost keeps constant for specimens in pull-out failure. Based on the experimental results, an empirical formula for the bond stress–slip relationship is proposed. The empirical formula is in good agreement with the experimental results for specimens with different strengths of concrete, bar diameters, and combinations of lateral tensions.     

高性能CFRP增强纤维表面状态分析及性能研究

为研究高性能炭纤维的表面特征及炭纤维与环氧树脂基体之间的界面结合,获得高性能的结构型炭纤维/环氧树脂复合材料(CFRP).采用红外光谱、扫描电镜、X射线光电子能谱仪、单向板、NOL环、Φ150 mm压力容器等方法,对炭纤维/环氧树脂复合材料(CFRP)3种高性能炭纤维表面状态及复合材料性能进行了系统研究.结果表明,3种炭纤维表面涂层均能参与环氧基团固化反应在界面上形成化学键;UT500系列炭纤维表面轴向沟槽可与树脂基体通过物理"机械啮合"作用形成更强的界面结合;UT500-12K炭纤维/E-51单向板剪切强度为91.46 MPa,NOL环剪切强度为77.16 MPa,分别比T700-12K/E-51体系高约40%.CFRP复合材料中炭纤维的微观结构、表面活性是决定复合材料界面结合的重要因素,直接影响复合材料制品的含胶量,进而影响其综合力学性能.