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。     

钢套筒约束下玄武岩复材筋的拉拔试验研究

考虑黏结长度、筋材直径、胶层厚度对黏结性能的影响,对11根钢套筒约束下粘砂变形的玄武岩纤维(BFRP)筋进行了拉拔试验;研究黏结应力沿黏结长度的分布情况以及宏观黏结-滑移曲线的特点。试验结果表明:试件的破坏多发生于BFRP筋与结构胶的界面;黏结应力沿黏结长度分布不均匀,黏结应力峰值出现的位置会随着荷载增加逐步远离加载端;BFRP筋与结构胶界面的黏结应力-滑移曲线可大致分为三个阶段:黏结段、滑移段、下降段。运用厚壁圆筒理论,计算了钢套筒筒壁应力,计算值与实测值吻合较好。     

反复荷载下低强度混凝土与光圆钢筋局部黏结性能的试验研究

通过反复拉拔试验研究了不同加载阶段下光圆钢筋在低强度混凝土中黏结应力沿黏结长度的分布。根据试验中得到的光圆钢筋在低强度混凝土中的局部应力-应变关系及荷载-滑移关系推算出了沿黏结长度拉应力、黏结应力的分布曲线及局部黏结应力-相对滑移关系,并在试验研究基础上,推导了各加载阶段光圆钢筋与低强度混凝土间黏结应力分布的变化机理。试验中采用了3个黏结长度分别为10D、15D、20D(D为钢筋直径)的中心拔出试件。研究结果表明:早期加载阶段,黏结应力起始于加载端,随着荷载增大黏结应力的峰值点由加载端逐渐向自由端移动,并且钢筋表面分布的黏结应力从加载端开始,从由胶结力提供迅速转变为界面摩擦力提供;随着自由端的钢筋滑移量被记录后,分布在钢筋表面的胶结力全部消失;进入卸载阶段至荷载降为0时,由于钢筋黏结段区域存在的残留拉应力,观察到分布的残留黏结应力呈现为反对称形;随后,即使进入反复加载阶段,黏结应力的分布特征基本保持不变。另外,所有试件各测点对应的局部黏结应力-相对滑移曲线与平均黏结应力-滑移曲线的滞回特性基本一致。     

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。     

BFRP砂浆锚杆锚固黏结性能试验研究

通过6组BFRP砂浆锚杆拉拔试验,研究了BFRP砂浆锚杆的锚固黏结性能,分析了锚固长度、筋材直径、筋材表面特征对其黏结-滑移关系、锚杆杆体轴力分布、锚杆界面剪切应力分布的影响。结果表明：试验条件下水泥砂浆强度为27.49 MPa时,试件的破坏形态分为拔出破坏和劈裂破坏两类;锚固长度由5cm增加至10、15 cm时,黏结强度分别降低42.5%、67.78%;筋材直径由12.6 mm减至10、8 mm时,黏结强度分别增加20.61%、42.22%;与光面BFRP筋相比,黏砂BFRP筋黏结强度增加4.42%,峰值滑移量减少24.21%;锚杆杆体轴力自加载端沿杆体呈降低趋势,极限荷载时,杆体轴力均传递至锚固末端,BFRP砂浆锚杆有效锚固长度大于15 cm;锚杆界面剪切应力分布呈先上升后下降的单峰形式,峰值位置随荷载增加逐渐向锚固末端转移,同一荷载等级下,随锚固长度的增加,峰值应力越高。     

动荷载作用下锈蚀砂浆锚杆黏结性能研究

为探究动荷载作用下的锈蚀砂浆锚杆黏结性能,通过钢筋快速锈蚀的试验方法,对锈蚀砂浆锚杆开展室内动态拉拔试验,探究锈蚀作用、锈蚀位置及加载频率等参数对砂浆–锚杆界面黏结性能的影响,并利用ANSYS有限元软件进行建模验证。结果表明:锈蚀试件与无锈试件的应变变化趋势较为一致,加载端钢筋应变和黏结应力随着荷载等级的增大而增大,并沿锚固区域向自由端扩大;锈蚀位置对界面黏结性能影响较大,锚固段前部(加载端)的钢筋表面形态和界面黏结情况对整体的锚固质量最为关键;加载频率越大,钢筋应变及界面黏结应力沿锚固长度的传递距离也越短;无锈试件和均匀锈蚀试件的界面接触面压应力沿钢筋分布较为均匀,不同锈蚀位置试件的无锈部位的界面接触压应力较大,黏结应力模拟值在加载端略大于试验值,且数值模拟黏结应力的曲线分布更加平滑均匀,但整体分布趋势与试验结果基本吻合。     

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。     

Experimental study on bond performance between high strength steel rebar and ultra-high performance concrete

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。     

集束玄武岩纤维筋黏结性能试验研究

玄武岩纤维增强塑料(BFRP)筋具有轻质高强的特征,在装配式混凝土结构中较普通钢筋具有更高的抗拉强度和耐久性。为了研究装配式混凝土结构中集束BFRP筋与混凝土黏结性能,设计了36个偏心拉拔试件及6个标准拉拔试件,重点研究单根、双根、三根不同集束方式以及不同黏结长度对BFRP筋与混凝土黏结性能的影响,并与普通钢筋的相应黏结性能进行对比。试验结果表明,拉拔试件破坏形态包括拔出破坏与筋材拉断,其中拔出破坏过程可分为微滑移段、滑移段、下降段和残余段共四个阶段。相同黏结长度下,偏心拉拔试件黏结强度明显高于标准拉拔试件,其中采用钢筋时高约49.29%,采用BFRP筋时高约114.26%,在黏结-滑移曲线的下降段和残余段,二者变化趋势基本相同;相同黏结长度下(以10倍筋材直径的黏结长度为例),三根集束BFRP筋相对单筋的黏结强度降幅达到45.43%;相同集束配筋方式下,黏结强度随黏结长度的增大而减小。     

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。