玻璃纤维复材筋与水泥基复合材料界面力学性能试验研究及精细化有限元仿真

玻璃纤维复材(GFRP)筋水泥基复合材料(ECC)构件受力变形过程中,筋材与基体协调变形能力影响构件及组合构件的工作性能。本文通过GFRP筋ECC黏结-滑移试验建立界面黏结滑移本构,结合ECC变形及开裂后力学属性,采用ABAQUS有限元软件进行GFRP筋ECC构件黏结界面力学性能分析,研究筋材及基体应变分布随加载过程的演化及不同黏结-滑移关系对构件工作性能的影响。研究表明,GFRP筋材直径影响黏结滑移性能及界面破坏模式,界面力学属性的提高能够增加二者协同工作性能,改善构件的开裂属性;基于试验中筋材应变分布,分析基体破坏、应力分布,研究构件受拉破坏过程整体拉伸刚度变化,为反演宏观构件正常工作状态下工作机理提供分析方法。     

纤维增强复材筋增强纤维水泥基复材桥面连接板工作性能研究

桥面无缝化设计能够提高桥梁主体结构的耐久性能,是解决桥面伸缩缝维护难题的重要方法。结合高耐腐蚀纤维增强复材(FRP),充分发挥纤维水泥基复合材料(ECC)的高延性。对GFRP筋、BFRP筋和钢筋增强连接板的工作性能、裂缝发展、应变及变形能力进行对比研究,针对GFRP筋连接板设置低配筋率对照组,研究其对整体性能的影响。结果表明,正常服役状态下,连接板最大裂缝宽度均小于限值,满足裂缝宽度要求;钢筋增强连接板的残余变形量远高于FRP增强连接板; FRP筋与ECC较低的刚度差异使得ECC材料多裂缝充分开展; FRP筋连接板主体结构受连接板变形影响较小,且在大变形条件下工作性能良好。依据连接板正常服役筋材应力水平与筋材应力限值,定义连接板正常服役安全系数,定量反映结构构件安全程度。同等配筋率FRP筋增强连接板安全系数均远高于钢筋增强连接板,且GFPR筋配筋率的降低对安全系数影响较小。     

高韧性纤维水泥基薄板弯曲韧性

高韧性纤维水泥基材料(ECC)具备高韧性、多裂缝开展特征,填补由普通混凝土脆性引起的建材应用空白。但配合比调整对试验条件要求苛刻,拌合物和易性较差,不适宜大规模施工。试验修正材料配合比,通过薄板四点弯曲对材料变形能力及多裂缝开展性能进行研究,配制出满足工程需求的高工业副产品掺量ECC,减少水泥用量,降低能耗。利用修正后弯曲韧度指数法,分析试验结果,提出结合薄板纯弯区裂缝数目分析方法,研究ECC材料弯曲能力与耐久性关系,完善材料性能设计方法。     

CFRP增强工程水泥基复合材料桥面连接板的结构和性能

桥梁面板的伸缩缝连接装置是现今桥梁施工与维护的难题之一。桥面无缝连接板是将相邻的桥面板连接在桥墩上,形成桥跨间的连续板。结合碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）良好的耐腐蚀性与工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites,ECC）的高延性,对CFRP材料增强ECC桥面连接板进行研究。对比了CFRP软质格栅、CFRP筋材和纯ECC桥面连接板的荷载-位移曲线、裂缝分布、应变以及变形,分析三种连接板的连接性能。试验结果表明,三种桥面连接板能满足工程变形与开裂要求。CFRP软质格栅削弱连接板材料界面,降低板多裂缝开展,对增强桥面连接板作用较小。相对其他ECC连接板构件,CFRP筋材对ECC连接板增强作用明显,其弯曲变形能力显著提高,裂缝均匀且分布广泛,整体工作性能良好。      

基于时间反演法的纤维增强复材/钢筋增强混凝土梁损伤监测研究

为识别纤维增强复材/钢筋(FRP/Steel)增强混凝土梁的损伤发展及损伤机理,采用压电陶瓷传感器对FRP/Steel增强混凝土梁进行损伤监测。利用时间反演法的自适应聚焦性质和良好的抗噪性质,分析四点弯曲加载下梁的损伤程度与归一化聚焦信号幅值的关系。试验结果表明:归一化聚焦信号幅值随着施加荷载的增大而减少;钢筋增强混凝土梁的归一化聚焦信号幅值衰减速度慢于FRP筋增强混凝土梁,说明在同等荷载作用下FRP筋增强混凝土梁的损伤程度大;将归一化聚焦信号幅值与梁的理论刚度指数进行对比发现,归一化聚焦信号幅值与理论刚度指数曲线吻合良好,其能够反映FRP/Steel增强混凝土梁的刚度退化情况。     

高掺量聚丙烯纤维自密实混凝土制备及其性能研究

为了有效提高高掺量聚丙烯纤维自密实混凝土的工作性能,将调整水胶比和砂率进行配制聚丙烯纤维体积掺量为0.5％的自密实混凝土并对其材料性能进行试验研究.研究表明:高掺量聚丙烯纤维的掺入对自密实混凝土的流动性有较大影响,适当调整水胶比和砂率可配制满足工作性能要求的高掺量聚丙烯纤维自密实混凝土;水胶比的增大提高了高掺量聚丙烯纤维自密实混凝土的扩展度,同时也提高了其离析的风险,降低了其抗压强度;砂率的增大对高掺量聚丙烯纤维自密实混凝土的抗压强度基本没有影响,但可提高其拌合物的粘聚性.     

PVA-ECC薄板四点弯曲有限元分析

利用有限元软件建立了聚乙烯醇纤维增强超高韧性水泥基复合材料(PVA-ECC)薄板四点弯曲的有限元模型,并与已有PVA-ECC薄板四点弯曲试验进行比较,验证了有限元模型的有效性.从单元选取、材料属性定义、网格划分、接触定义、施加边界条件、荷载等方面阐述了有限元建模过程,为后续PVA-ECC有限模型的建立提供一定的参考.     

带裂缝钢筋桁架混凝土叠合板力学性能研究

对3块钢筋桁架混凝土叠合单向楼板进行吊装工况试验、正常使用状态下堆载试验,其中2块为运输过程中导致开裂的叠合板,1块无裂缝的叠合板作为参照,探究3块板在吊装工况下板底裂缝宽度、裂缝发展与应变变化情况.根据叠合板使用功能要求确定荷载,通过堆载试验模拟完全浇筑后叠合板在正常使用荷载作用下板底挠度、裂缝宽度、板底应变发展情况.采用中国规范混规GB 50010-2010、水工规范SL 191-2008及美国规范ACI 318-08中的三种弯曲刚度计算方法预测堆载挠度并分析其计算精度.结果 表明:吊装前后叠合板原有损伤不断累积,对板体造成不可恢复的损伤.堆载作用下开裂叠合板能够满足规范正常使用条件下的跨中挠度要求,但局部区域裂缝宽度无法满足.三种弯曲刚度下的挠度理论计算结果均与试验结果有较大误差,其中GB 50010-2010计算结果与试验叠合板跨中挠度数据吻合相对较好,针对叠合板的挠度预测还需进一步研究.