高温后方钢管高强混凝土界面黏结性能试验研究

为研究高温后方钢管高强混凝土的黏结性能,以混凝土强度、温度、锚固长度为变化参数,完成了17个方钢管高强混凝土试件的高温后静力推出试验。通过试验获取了各试件的荷载-滑移曲线及特征点参数,分析了各变化参数对黏结强度的影响;并基于试验分析,提出了高温后方钢管高强混凝土黏结滑移的本构关系。结果表明：加载端和自由端的荷载-滑移曲线形状相似;方钢管高强混凝土黏结强度与锚固长度成反比,并随恒定温度的升高呈现先增大后减小的变化趋势;试件黏结损伤的发展随历经恒定温度的升高而发展较迟且缓慢;界面黏结耗能能力总体上随混凝土强度的提高而增强、随历经温度的升高而下降的变化趋势;方钢管的应变与应力沿其长度方向均呈指数分布,由自由端向加载端减小。     

喷水冷却火灾后方钢管混凝土界面黏结性能试验研究

为揭示消防喷水冷却火灾后方钢管与核心混凝土界面间的黏结滑移性能,设计制作了23个方钢管混凝土试件,试件考虑了历经最高温度、混凝土的黏结长度、混凝土强度、冷却方式等变化参数。通过黏结滑移推出试验研究,观察了各试件的破坏形态,获取了荷载-滑移全过程曲线及特征点参数,分析了不同参数对界面黏结强度的影响并提出了计算表达式、构建了荷载-滑移本构关系模型。研究表明:加载端与自由端的荷载-滑移曲线形状相似,自由端较晚滑移;随着火灾温度的升高,界面间黏结强度均表现为先增后减的变化趋势,且火灾温度为600℃时达到峰值;随着火灾温度的升高,黏结长度对界面黏结强度影响显著且呈反比关系;消防喷水冷却后试件界面黏结强度较自然冷却低,下降幅度随着温度的升高逐渐增大。     

圆钢管活性粉末混凝土界面黏结性能

为研究钢管活性粉末混凝土(RPC)的界面黏结性能,以径厚比、长径比和混凝土抗压强度为变化参数,设计了21个圆钢管RPC试件并对其进行静力推出试验。分析了试件的破坏过程与形态、荷载-滑移曲线、黏结强度和钢管表面应变分布,结果表明：钢管RPC的荷载-滑移曲线分为峰值荷载点后有明显下降段、峰值荷载点后曲线平稳和曲线持续上升三类,取峰值点或第一拐点对应的荷载为黏结破坏荷载;界面初期黏结力由化学胶着力提供,随后转化为机械咬合力和摩阻力,后期则主要由界面摩擦力提供;钢管RPC的黏结强度随着套箍系数增加而增大,钢管主要在加载后期发挥约束作用,其表面纵向应变沿高度方向大致呈指数分布。考虑长径比和套箍系数对实测黏结强度的影响,建立了考虑双因素影响的钢管RPC黏结强度计算模型,理论计算结果与实测结果吻合较好。     

火灾后椭圆钢管混凝土界面黏结性能研究

近年来,椭圆钢管混凝土结构日益受到建筑师与结构工程人员的青睐,与传统的圆形和方形钢管混凝土柱相比,椭圆钢管混凝土柱具有流线型外观和较高的抗扭刚度,在高层和大跨等建筑结构中具有较广泛的应用前景。研究者已对圆形和方形钢管混凝土的火灾后界面黏结性能展开试验与理论研究,但尚缺少对椭圆钢管混凝土火灾后界面黏结性能的相关研究。文章采用弹簧单元模拟钢管-混凝土界面的滑移,建立可分析椭圆钢管混凝土火灾后界面性能的有限元模型,并与具有相同界面接触面积的圆形和方形钢管混凝土进行比较,深入分析椭圆、圆形和方形钢管混凝土的温度分布、火灾后界面黏结应力-滑移关系和火灾后黏结强度。最后,在建立的有限元模型基础上,对影响椭圆钢管混凝土火灾后黏结强度的重要参数进行分析,研究参数包括:目标温度(20℃、600℃和800℃)、恒高温时间(30min、90min、120min和180min)、混凝土强度(30MPa、40MPa、50MPa和60MPa)、截面周长(388mm、484mm、630mm和727mm)和纵横比(1.25、1.50、2.00和2.25),研究发现:混凝土强度和截面周长对椭圆钢管混凝土的火灾后界面黏结...     

恒高温下钢管混凝土界面黏结性能试验研究

钢管混凝土的界面黏结性能是钢管和混凝土之间共同受力与协调变形的基础。为探讨高温下钢管混凝土界面黏结破坏特点和平均黏结强度的主要影响因素,文中以恒温温度、长径比和径厚比等为主要研究参数,进行钢管混凝土试件恒高温下的推出滑移试验,得到钢管混凝土界面的温度-时间和荷载-滑移关系曲线。试验结果表明,在20℃～900℃研究范围内,恒温温度对圆钢管混凝土平均黏结强度有显著的影响,平均黏结强度随恒温温度的升高先减小后增加再减小,降低幅度最高达到90%;平均黏结强度随钢管长径比的增大而减小,降低幅度最高达50%;钢管径厚比对平均黏结强度影响很小,降低幅度在10%以内。     

粉煤灰混凝土早期黏结性能试验研究

选取粉煤灰混凝土龄期为7d、14d、28d、60d、90d、180d和360d,对钢筋与施工期粉煤灰混凝土的黏结性能进行了拉拔试验,分析了黏结性能随龄期的变化规律。结合已有的试验结果进行统计分析,提出了粉煤灰混凝土早期黏结强度的计算式,建立了粉煤灰混凝土早期的黏结 滑移本构关系。研究结果表明：随着混凝土龄期的增长,自由端开始滑移时的荷载也随之增大,加载端、自由端滑移均减小,加载端钢筋应变增大,钢筋应变沿黏结长度的分布曲线变陡,黏结应力峰值增大;与已有研究结果相比,黏结强度计算式误差为10%~25%,黏结 滑移本构关系计算式在滑移1.0 mm以内接近,而滑移超过1.0 mm则误差较大。     

钢管自密实混凝土黏结滑移性能试验研究

为研究钢管自密实混凝土界面黏结滑移性能,基于膨胀剂掺量的变化进行了14根圆钢管自密实混凝土的反复推出试验,探讨分析自密实钢管混凝土的界面黏结状况以及膨胀剂掺量对试件黏结滑移性能的影响。试验结果表明:钢管自密实混凝土试件的受力过程划分为胶结段、滑移段、摩阻段三个受力阶段;适量掺入膨胀剂可以提高自密实钢管混凝土中钢管与混凝土的黏结滑移性能,但过量掺入膨胀剂,钢管壁将过早发生屈曲,降低钢管自密实混凝土的黏结滑移性能。     

方钢管混凝土界面粘结强度的试验研究

近20年来国内外关于钢管混凝土粘结强度的试验研究主要集中对圆钢管混凝土界面粘结强度的研究,而对方钢管混凝土界面粘结强度的研究相对较少。为考察方钢管混凝土荷载-滑移曲线的变化规律及其粘结性能,进行了方钢管混凝土推出试验．     

高延性混凝土与钢筋黏结性能的试验研究

通过12组试件的中心拉拔试验,研究高延性混凝土(High Ductility Concrete,简称HDC)与钢筋的黏结性能,分析钢筋直径、钢筋外形、HDC强度、保护层厚度和纤维掺量对高延性混凝土与钢筋黏结滑移曲线特征点的影响。试验结果表明：①纤维桥联应力的横向约束作用限制了高延性混凝土内部径向裂缝的宽度,其耐损伤能力提高,试件发生拔出破坏或劈裂-拔出破坏;②与普通混凝土对比,高延性混凝土与光圆钢筋的黏结强度提高1.79倍,残余黏结强度提高1.96倍;③根据试件的破坏形态,确定HDC与带肋钢筋的临界相对保护层厚度为3.41; ④随着纤维体积掺量的增加,其增韧和阻裂效果越好,黏结韧性指数I0.85和I0.5分别提高了35%和41%;⑤根据试验结果,提出HDC与带肋钢筋的黏结强度计算公式,建立适用的黏结应力-滑移本构模型,且模型曲线与试验曲线吻合良好。     

钢管混凝土界面抗剪粘结强度的推出试验

为考察钢管混凝土界面抗剪粘结性能,研究钢管截面形式对钢管混凝土界面抗剪粘结性能的影响,完成了6根方钢管混凝土和5根圆钢管混凝土共11个试件的反复推出试验。根据试验结果,探讨了钢管混凝土界面抗剪粘结力的组成、抗剪粘结破坏特点以及钢管混凝土界面抗剪粘结强度的主要影响因素。试验结果表明,方、圆钢管混凝土界面具有相似抗剪粘结滑移曲线;圆钢管混凝土界面抗剪粘结强度较方钢管混凝土的大,混凝土强度对圆钢管混凝土界面抗剪粘结强度的影响较小。     

重复荷载作用下SFCB混凝土黏结性能试验研究

针对钢-连续纤维复合筋（SFCB）混凝土构件在动荷载作用下应力传递机制复杂、黏结破坏机理及应力分布特征尚未明确等问题,通过等阶、变阶重复加载的中心拉拔试验、并与单向拉拔试验对比。结果表明：等阶、变阶重复加载试件的黏结强度比单向拉拔试件低11.8%～19.8%,黏结界面损伤更为严重,且重复加载1次平均黏结应力峰值出现约0.5%～1.6%的损失;不同加载方式,试件拔出过程中的黏结-滑移曲线特征基本相似,钢芯与纤维层因变形不一致出现相对滑移;SFCB沿埋长方向的黏结应力并非均匀分布,不同加载方式的应力“波峰”形态有所区别。明确重复荷载作用下SFCB混凝土的黏结性能,可为SFCB混凝土结构设计、黏结-滑移曲线模型建立提供重要的参考依据。     

高强钢筋与超高性能混凝土黏结性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能,设计并制作69个试件,通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏,高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大;纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显;当纤维体积率从1%增长至3%,长径比从35增加到100时,黏结强度分别提高了23%和16%;但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响;黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加,随着黏结长度增大而降低,当保护层厚度超过4倍钢筋直径时,增幅基本不变;当黏结段位于加载端时,受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%,黏结段越靠近试件中部,加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果,确定临界锚固长度计算式,提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式,同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得,现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度,建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。     

BFRP筋与地聚物混凝土黏结性能试验研究

通过对51个玄武岩纤维复合材料（BFRP）筋-地聚物混凝土界面黏结试件进行中心拉拔试验,分析了BFRP筋与地聚物混凝土的界面黏结破坏机理,研究了BFRP筋表面形式（浅螺纹、喷砂和深螺纹）、直径d（12、16 mm和20 mm）、黏结长度（2.5d、5d和7.5d）、地聚物混凝土强度等级（C30、C40和C50）及混凝土保护层厚度（20、45 mm和69 mm）等因素对BFRP筋-地聚物混凝土界面性能的影响,并与9个BFRP筋-普通混凝土界面黏结试件中心拉拔试验结果进行比较。试验结果表明：BFRP筋-地聚物混凝土界面黏结强度与BFRP筋-普通混凝土界面黏结强度基本相同;BFRP筋表面形式对其黏结性能影响较大,直径为12 mm时,浅螺纹、喷砂和深螺纹BFRP筋与地聚物混凝土的黏结强度分别为15.33、20.49 MPa和22.66 MPa;随着FRP筋直径和黏结长度的增加,BFRP筋与地聚物混凝土黏结强度降低,而随着混凝土强度和和保护层厚度的增加,黏结强度提高。通过CMR和mBPE模型对试验所得黏结应力-滑移曲线进行拟合,发现CMR模型能够较为准确的描述BFRP筋与地聚物混凝土间的黏结应力-滑移关系。     

氯离子腐蚀对钢管混凝土界面黏结性能影响的试验分析

为考察钢管混凝土界面黏结性能与腐蚀时间的关系,在钢管内表面涂抹3.5%浓度的NaCl溶液,进行钢管混凝土在腐蚀环境中的模拟试验,以腐蚀时间为基本参数,完成了10根圆钢管混凝土试件的推出试验。结果表明,钢管混凝土在腐蚀初期,钢管与混凝土的黏结力有所提高,随着腐蚀时间延长,界面黏结力下降并趋于平稳。根据试验结果,得出各个试件的荷载-滑移曲线;结合碳钢在NaCl环境中的腐蚀机理,分析腐蚀对钢管混凝土界面黏结性能的影响,研究钢管混凝土腐蚀时间与界面黏结力的内在联系。     

奥氏体不锈钢筋与混凝土黏结性能试验及有限元分析

通过11组33个奥氏体不锈钢筋混凝土中心拉拔试验,研究钢筋直径、保护层厚度、锚固长度、混凝土强度及配箍率对试件破坏现象、黏结应力-滑移曲线、极限黏结强度的影响,并与1组3个普通碳素钢筋混凝土试件、1组3个铁素体不锈钢筋混凝土试件进行对比,分析3种类型钢筋与混凝土黏结性能的差异。基于试验数据,统计回归出奥氏体不锈钢筋与混凝土黏结强度的计算公式。运用ABAQUS有限元分析软件,对不同锚固长度拔出试件进行非线性有限元模拟分析,并将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明:奥氏体不锈钢筋与混凝土的极限黏结强度要略低于普通碳素钢筋,但略好于铁素体不锈钢筋;荷载-位移曲线和极限荷载值与试验所得结果吻合较好。     

高温后喷水冷却圆钢管再生混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土的界面黏结性能变化规律,以历经最高恒温温度、再生粗骨料取代率、界面锚固长度为3个变化参数,进行了27个高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土试件和2个自然冷却试件（对照组）的静力推出试验,以位移控制的加载方式为主,使自由端的钢管单独受力（核心混凝土不受力）,圆钢管内的混凝土从下向上推出。通过试验观察了圆钢管再生混凝土试件破坏的全过程和形态,获取了加载端和自由端的荷载-滑移曲线,分析了各个变化参数对黏结性能的影响规律。试验结果表明：经过高温喷水冷却后,圆钢管再生混凝土试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线形态相似,且和自然冷却试件的曲线相似,同时也和前期做的钢管普通混凝土的曲线具有相似性;加载端和自由端的荷载-滑移曲线大致分为上升段、缓慢下降段和平缓段;并且自由端的初始滑移晚于加载端。定义了极限黏结强度τu和残余黏结强度τr。圆钢管再生混凝土试件表面上应变沿试件高度方向大致呈指数分布。经历消防喷水冷却后,随历经最高温度的升高,黏结强度先增大后减小,在400 ℃时,黏结强度达到最大值,当大于400 ℃时,黏结强度降低。历经高温后试件的平均残余黏结强度分别是常温下试件的1.25倍、1.75倍、1.38倍和1.50倍。再生粗骨料取代率的变化对黏结强度的影响不明显,常温下γ=50%时,黏结强度达到最大值;温度为200 ℃且γ=75%时,黏结强度也为最大。这和自然冷却下钢管再生混凝土的结论类似。锚固长度的增大也使圆钢管再生混凝土试件平均极限黏结强度和残余黏结强度均有不同程度增大。提出了高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土极限黏结强度和残余黏结强度的计算公式,用此公式所得计算结果均比较理想。今后对界面黏结性能的研究,可以从增加钢管内壁的粗糙度、钢管内部加入加劲肋和钢管内增设不同长度的螺栓角度进行探讨,进而进一步丰富界面黏结性能的理论研究,以期为消防喷水后建筑结构构件的其他力学性能提供理论基础,同时为现实生活中火灾后钢-混凝土组合结构的灾后评估和加固提供参考。     

碳纤维布-混凝土界面剪切性能试验研究

碳纤维布(CFRPS)与混凝土之间的黏结性能是影响碳纤维布加固混凝土结构受力性能的主要因素之一。为了研究影响碳纤维布-混凝土的黏结性能的因素,针对单位面积不同质量的碳纤维布、碳纤维布层数和混凝土强度等级,进行了碳纤维布-混凝土界面黏结性能的双剪试验。在不同碳纤维布、不同碳纤维布层数和不同混凝土强度等级下,分析碳纤维布与混凝土黏结界面的破坏特征,结合其荷载-位移曲线分析碳纤维布-混凝土黏结界面的破坏机理。采用应变叠加法得到黏结应力-滑移曲线,分析不同因素下的滑移量和最大剪应力,得到滑移量及最大剪应力在单一因素下的影响规律。试验结果表明:试件破坏发生均在混凝土表层之间;碳纤维布层数与混凝土强度等级能增加其界面极限承载力和最大剪应力,而不同的碳纤维布对界面极限承载力和最大剪应力影响不大;碳纤维布的相对滑移量随着碳纤维布单位面积质量、碳纤维布层数及混凝土强度等级增加而降低。     

低温下钢筋与混凝土黏结性能的试验研究

最低降温至-80℃时,通过对69个黏结锚固试件的中心拔出试验,考虑温度、钢筋直径、相对保护层厚度、锚固长度和钢筋级别等参数的影响,分析不同低温条件下钢筋与混凝土黏结锚固的特征和黏结性能。试验研究表明:钢筋与混凝土的黏结性能受温度影响显著;随着温度的降低,极限黏结强度不断增大,且与温度基本呈线性;-40℃低温下黏结强度提高系数γ随钢筋直径d的增大而增大;-40℃时黏结强度提高系数γ随相对保护层厚度c/d增大而减小,且近似呈线性;低温下黏结强度提高系数γ与锚固长度la/d无明显相关;不同温度下黏结强度随钢筋屈服强度提高大体呈增大的趋势,但黏结强度受钢筋屈服强度影响的程度很小。     

不同侧压下再生混凝土与钢筋间黏结性能试验研究与理论分析

为研究不同侧压下再生混凝土与钢筋间的黏结 滑移性能,以再生粗骨料取代率、水灰比、侧向压力比为参数,完成了144个再生混凝土试件在单向、双向侧压作用下的钢筋中心拉拔试验,观察了再生混凝土试件的破坏形态,分析了上述参数变化对黏结强度、峰值滑移的影响;基于再生混凝土多轴破坏准则,推导了不同侧压作用下再生混凝土-钢筋的黏结强度理论模型及其简化公式。研究结果表明：再生混凝土中心拉拔试件的破坏形态与侧压力比明显相关,双向侧压力比较大时,试件破坏形态与单向侧压时破坏形态相似,当双向侧压力接近时,双向均有裂缝;黏结强度与峰值滑移随侧压力比的增大,整体呈现增加趋势;基于再生混凝土多轴强度理论的黏结强度计算值与实测值较为吻合,其简化计算公式能较好地预测不同侧压力下再生混凝土与钢筋间的黏结强度。     

方钢管再生混凝土界面粘结滑移性能试验研究

为研究方钢管与再生混凝土界面粘结滑移性能,以再生粗骨料取代率、再生混凝土强度等级及膨胀剂掺量为变化参数,进行了方钢管再生混凝土试件的推出试验,获取了试件的荷载-滑移曲线,分析了各变化参数对粘结强度的影响。在验证相关粘结强度计算模型适用性的基础上,拟合出方钢管再生混凝土的粘结强度计算公式。研究结果表明,方钢管再生混凝土荷载-滑移曲线具有相似性,均经历了四个阶段,滑移首先出现在加载端,随后发展到自由端;粘结强度随再生粗骨料取代率增大而降低,但影响较小;粘结强度随再生混凝土强度等级提高而增大,但增速趋缓;膨胀剂掺量对粘结强度影响明显,粘结强度随着膨胀剂掺量(0~15%范围内)增加呈现出先增大后降低的趋势。