不同粘结介质中CFRP筋锚固性能的试验研究

为寻求一种更好的粘结介质以改善CFRP筋粘结式锚具的锚固性能,通过静载试验研究了不同表面形状和锚固长度的CFRP筋在超高性能混凝土RPC、环氧铁砂、环氧石英砂和普通混凝土等四种不同粘结介质中的受力锚固特征。结果表明:CFRP筋的表面形状显著影响其锚固性能;CFRP筋在环氧铁砂和环氧石英砂中的锚固性能基本一致;在其他条件相同时,RPC对CFRP筋的锚固性能最好,环氧砂次之,普通混凝土较差;对于抗拉强度保证值2550MPa、直径10mm的表面压纹CFRP筋,其在抗压强度为130MPa的RPC中的锚固长度达到25d(d为CFRP筋的直径)时即可保证CFRP筋的强度予以充分发挥,而同样的CFRP筋在环氧砂和普通混凝土中的锚固长度为35d时亦不能保证CFRP筋被拉断。因此,在目前可供选择的粘结介质中,RPC作为综合性能优良的粘结介质可在粘结式锚具中对具有表面压纹的高强CFRP筋提供最有效的锚固。     

无粘结碳纤维筋预应力混凝土连续梁受力性能试验与分析

为解决CFRP筋张拉与锚固,探索一种CFRP筋的锚固方法,对9根无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁进行三分点的静载试验。试验证明这种锚固方法是可行的。基于试验数据,重点开展中支座负弯矩钢筋屈服后,这类梁的CFRP筋应力及塑性铰区域分布特征、内力重分布等方面的研究。在此基础上,提出无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁等效塑性铰长度的估算公式和弯矩调幅的计算公式。     

冻融循环下CFRP锚杆粘结性能试验

通过冻融循环、拉伸试验研究了冻融作用对碳纤维CFRP锚杆强度、弹性模量、延伸率等基本力学性能及粘结性能的影响,并利用粘结应力—滑移线性回归方法预测冻融循环后CFRP锚杆不同筋材直径、不同锚固长度下滑移值.试验及分析结果证明:CFRP锚杆在冻融循环作用下强度变化、弹性模量、延伸率等变化不大;粘结剂环氧砂浆抗压强度提高13.68％,弹性模量降低约13.8％;冻融循环作用后CFRP锚杆粘结滑移增大,粘结性能降低.     

高性能碳纤维增强塑料(CFRP)绞线筋粘结性能研究

通过48个拉拔试件对高性能碳纤维增强塑料(CFRP)绞线筋与不同环境介质(包括普通混凝土C50、高性能混凝土C50、R42.5水泥浆以及环氧树脂等)之间的粘结性能进行了较为系统的研究。研究表明:当滑移值为0.3~0.4mm时,CFRP绞线筋的粘结应力达到最大,相比之下,钢绞线的粘结应力最大值则发生在滑移值为20mm左右时;CFRP绞线筋直径对粘结强度的影响不明显;CFRP绞线筋的锚固失效粘结强度比钢绞线大1.3~1.4倍,而钢绞线的最大粘结强度比CFRP绞线筋大1.3~1.5倍。在试验研究的基础上,本文还给出了CFRP绞线筋的粘结应力-滑移曲线的理论方程,并提出了CFRP绞线筋的相对粘结特性系数的设计建议。     

缓粘结预应力混凝土梁钢绞线粘结性能试验研究

为研究缓粘结预应力钢绞线与混凝土之间粘结性能,对3根截面尺寸相同、普通钢筋配筋相同、预应力不同的混凝土梁进行了试验研究,重点研究了不张拉、不锚固钢绞线预应力混凝土梁的荷载-位移关系、裂缝分布规律、最大裂缝宽度随荷载的变化规律、钢绞线内的应力大小、钢绞线与混凝土之间的粘结强度等,与不配预应力筋的普通钢筋混凝土梁和配筋相同的普通预应力混凝土梁的受力进行了对比分析。试验表明,缓粘结预应力钢绞线与混凝土之间有良好的粘结性,粘结强度与混凝土咬合处剪切破坏强度相吻合;利用粘结作用和一定传递长度,不张拉、不锚固钢绞线预应力可以达到1 100MPa以上,考虑承载力检验系数后钢绞线应力设计值可取800MPa;不张拉、不锚固预应力混凝土梁的弯曲裂缝分布与普通预应力混凝土梁基本相同,破坏时端部产生的钢绞线滑动引起沿钢绞线方向的裂缝,进一步证明粘结破坏是混凝土的剪切破坏而非粘合剂破坏。     

斜拉桥CFRP索锚固性能试验

从碳纤维复合材料(CFRP)斜拉索的材性入手,进行了CFRP筋的拉伸试验及相应锚具的锚固性能试验,验证了CFRP筋弹性模量、极限拉伸强度等短期静力性能,并通过这些力学指标与传统的钢索进行对比,得出斜拉桥CFRP索代替钢索的可能性与优越性;通过相应CFRP斜拉索锚具的锚固性能的试验研究,对CFRP筋在不同的粘结长度、不同锚具形式以及不同的填充材料等情况下的拔出荷载进行试验对比,得出影响CFRP筋粘结性能的各种因素。并对其中具有代表性的4组CFRP斜拉索锚具组的荷载-滑移曲线进行分析,得出适用于实桥中CFRP斜拉索合适的锚具形式和锚固长度。     

GFRP筋的砂浆粘结性能试验研究

通过将GFRP筋植入砂浆试块中进行拉拔试验,以研究GFRP筋直径、锚固长度和砂浆强度对GFRP筋与砂浆之间粘结性能的影响。试验结果表明,平均粘结强度随锚固长度或砂浆强度的增大而增大,但随GFRP筋直径的增大而减小。另外,粘结滑移曲线剪切刚度随砂浆强度或GFRP筋直径的增大而增大,随锚固长度的增大而减小。     

无粘结预应力CFRP筋混凝土梁抗弯试验

为了研究无粘结预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）筋锚具的锚固性能和无粘结预应力CFRP筋混凝土梁的受力性能,进行了4根无粘结预应力CFRP筋混凝土梁和2根对比混凝土梁的抗弯试验。结果表明:研发的预应力CFRP筋锚具具有很好的可靠性,无粘结预应力CFRP筋混凝土梁具有较好的受力性能和延性,非预应力钢筋是影响预应力CFRP筋混凝土梁延性和极限荷载最重要的因素;推导的简化公式可以准确地计算无粘结预应力CFRP筋混凝土梁的极限荷载     

碳纤维塑料筋锚杆界面粘结强度试验研究

研制开发了适用于碳纤维塑料(CFRP)筋锚杆的夹片式锚具.在此基础上,通过48个试件的拉拔试验,在国内首次对碳纤维塑料筋锚杆与多种粘结介质之间的界面粘结强度进行了研究.研究表明:碳纤维塑料筋锚杆具有较高的界面粘结强度;碳纤维塑料筋的直径对锚杆粘结强度的影响不明显;当滑移值为0.3~0.4 mm时,碳纤维塑料筋锚杆的粘结应力达到最大,相比之下,钢绞线锚杆的粘结应力最大值发生在滑移值为20 mm左右时.此研究结论为碳纤维塑料筋锚杆在岩土锚固工程中的应用提供了依据和参考.     

压力型CFRP筋锚杆粘结性能试验研究

为克服粘结型CFRP筋锚杆强度不高、工程质量不好控制等缺点,提出了CFRP筋在岩土锚固中作为压力型锚杆的建议。采用Φ7CFRP光圆筋为拉杆,利用自行研发的灌浆式螺丝端杆锚具及配套使用的环氧砂浆,验证了光圆CFRP筋-锚具的锚固性能,并分析了拉断破坏试件荷载-滑移曲线。研究结论可为多丝光圆CFRP筋在压力型锚杆中的工程应用提供参考。     

纤维塑料筋(FRP筋)有粘结及无粘结部分预应力混凝土梁短期刚度试验研究

分别以碳纤维筋(CFRP筋)及芳纶纤维筋(AFRP筋)为无粘结及有粘结预应力筋,以环氧涂层钢筋为非预应力筋,进行了2组共17条梁的受弯试验。试验结果表明,纤维塑料筋(FRP筋)有粘结及无粘结部分预应力混凝土梁的弯矩与曲率(或弯矩与挠度)曲线接近为双折线,双折线的交点位于开裂弯矩Mcr处。基于双直线假设,利用实测试验梁的终点刚度折减系数β0.5,可求出1/β0.5对换算配筋率nfρ和预应力强度比λ的线性回归方程,并采用预应力筋粘结特征系数Ω对纤维塑料筋的面积进行折减,得到了能同时针对纤维塑料筋有粘结及无粘结部分预应力混凝土梁的统一的刚度计算公式。此外,对ACI440.4R-04提出的关于纤维塑料筋预应力混凝土梁的刚度计算公式,在有效惯性矩软化系数βd中引入预应力筋粘结特征系数Ω,从而使该刚度计算公式能够适用于纤维塑料筋无粘结及有粘结部分预应力混凝土梁的刚度计算,上述两种方法的计算结果与本文试验数据符合良好。     

CFRP筋复合式锚具锚固性能的试验研究

当复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋或拉索应用到斜拉桥的拉索体系时,黏结式锚具和夹片式锚具均有其自身的局限性。对此,根据普通拉索锚固体系的特点,并结合CFRP筋夹片式锚具和黏结式锚具的研究成果,提出了锚固CFRP筋的复合式锚具。复合式锚具由楔紧锚固端和黏结锚固端组成,其中楔紧锚固端包括锚杯、带有凹齿的夹片、铝套管以及塑料薄膜,黏结锚固端包括钢套筒和黏结介质活性粉末混凝土RPC(Reactive Power Concrete)。静载试验研究了锚杯长度、钢套筒长度、夹片预紧力、筋材预张拉力等试验参数对复合式锚具锚固性能的影响。试验结果表明,复合式锚具的试件极限荷载最大为208kN,相应的锚固效率系数为104%,大于95%,满足规范要求。复合式锚具两种锚固形式的锚固长度较合理组合为:对不预张拉锚具,锚杯长度40mm,黏结锚固长度100mm;对预张拉锚具,锚杯长度60mm,黏结锚固长度60mm。提出的复合式锚具极限荷载计算式具有较好的适用性。     

芳纶纤维增强塑料预应力高强混凝土梁弯曲特性及延性探讨

给出了以芳纶纤维增强复合塑料AFRP作为预应力筋的高强混凝土梁的弯曲特性及延性的试验结果 ,并提出用一个综合考虑强度与能量等因素的总体因子作为定义AFRP预应力混凝土梁的延性指标。     

无粘结预应力CFRP筋混凝土梁试验研究

在试验的基础上,对无粘结部分预应力碳纤维塑料(CFRP)筋混凝土梁的极限承载力、挠度进行了计算,同时对预应力CFRP筋混凝土梁的受力情况进行了分析。     

碳纤维复合材料棒材力学性能试验方法研究

根据GB/T 26743—2011《结构工程用纤维增强复合材料筋》的规定,对不同直径的碳纤维棒材进行了基本力学性能试验,主要测定碳纤维棒材的抗拉强度、弹性模量和延伸率等力学性能指标。详细介绍了碳纤维棒材的试验过程、试验方法以及破坏形态。试验结果表明:碳纤维棒材为脆性破坏,应力-应变曲线基本为直线。同时,从检测方法的角度来看,按照GB/T 26743—2011规定的钢套管黏结剂锚固方式测试时,为保证黏结锚固不失效,建议对锚固端做粘砂处理。在直径小于7mm粘砂牢固的情况下,试件的单侧锚固长度建议取200 mm。     

多丝碳纤维拉索静载试验研究

碳纤维增强复合（CFRP）筋具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优异性能，非常适合制作桥梁拉索用于恶劣的工作环境中。由于CFRP筋的横向强度和抗剪强度较低，用其制作拉索面临的一个关键问题是开发合适的锚同系统。文中针对直径为7mm的光圆CFRP筋研制了7丝CFRP筋粘结锚具。对研制成功的7丝CFRP拉索，进行了静载试验，研究结果表明，研制成功的多丝CFRP拉索应力强度达2200MPa，锚具锚围效率达95％以上。     

FRP筋复合式锚具锚固性能的试验研究

当复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋或拉索应用到缆索承重桥梁的拉索体系中时,粘结式锚具和夹片式锚具均有其自身的局限性。对此,根据普通拉索锚固体系的特点,并结合FRP筋夹片式锚具和粘结式锚具的研究成果,提出了锚固FRP筋的复合式锚具。复合式锚具由后部的楔紧锚固和前部的粘结锚固组成,其中楔紧锚固部分包括锚杯、带有凹齿的夹片、铝套管以及塑料薄膜,粘结锚固部分包括钢套筒和粘结介质-活性粉末混凝土RPC(Reactive Power Concrete)。静载试验研究了锚杯长度、钢套筒长度、夹片预紧力、筋材预张拉力等参数对复合式锚具锚固性能的影响。结果表明:复合式锚具试件中的极限荷载最大为208kN,相应的锚固效率系数为104%,大于95%,满足规范要求。复合式锚具两种锚固形式的锚固长度较合理组合为:对不预张拉锚具,可取锚杯长度40mm以及粘结锚固长度100mm;对预张拉锚具,可取锚杯长度60mm以及粘结锚固长度60mm。提出的复合式锚具极限荷载计算式具有较好的适用性。     

Bond between carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) bars and ultra high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC): Experimental study

Carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) bars are currently used to reinforce concrete in an attempt to overcome the corrosion issue encountered with ordinary steel. In order to exploit more efficiently their tensile capacity, it is interesting to use CFRP bars as prestressing tendons. This application requires a high quality concrete matrix. The advantageous characteristics of UHPFRC, such as high strength, good ductility and durability, mean that a UHPFRC structure prestressed with CFRP bars may be lighter and require less maintenance. Since the flexural behaviour of prestressed concrete members reinforced with CFRP bars is highly dependent on the bond between the two materials, an experimental program was carried out in order to investigate the bond of CFRP bars embedded in UHPFRC. Two types of surface, smooth and sand-coated, were investigated. Pullout tests were performed to examine the effect of varying parameters such as embedment length, bar diameter and concrete age. The results clearly show that the bond strength of macroscopically smooth bars embedded in UHPFRC is close to that of sand-coated bars. It was also found that ultimate bond strength decreases with bar diameter and with embedment length. Moreover, the bond strength can be expected during early age (3 days). A post-test examination revealed that damage occurred only in the outer layers of the CFRP bars.     

碳纤维拉索及其锚固系统抗冲击性能试验研究

为研究碳纤维（Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic, 简称CFRP）拉索及其锚固系统在冲击荷载作用下的动力性能,采用落锤冲击试验机,对直径9.8mm的表面压纹CFRP筋及粘结式锚具组装件的横向抗冲击性能进行了试验研究。实测了不同冲击能量下锤头冲击力及筋材的索力时程曲线和破坏形态,根据实测结果计算了冲击荷载-位移曲线与试件吸能-位移曲线。结果表明：CFRP拉索锚具组装件的破坏形态包括筋材的滑移、基体的层裂和纤维的剪断,相应的横向抗冲击承载力分别为12.26kN、20.77kN和17.4kN;试件承受多次冲击时,耗能能力逐次降低;CFRP筋与RPC在动力作用下的粘结机理有别于静力作用,值得进一步研究。