恶劣环境与荷载共同作用下FRP-高强混凝土的粘结耐久性

通过试验,研究并分析了在冻融循环、干湿循环和持续荷载共同作用下,高强混凝土与CFRP(碳纤维增强复合材料)粘结界面的长期性能,为外贴CFRP加固海岸与近海高强混凝土结构的耐久性设计提供依据。通过分析加载剥离过程中的破坏方式、峰值荷载、加载端劣化剥离、有效粘结长度及粘结滑移关系等数据,研究了界面劣化规律。结果表明:由于高强混凝土有较高抗冻性,单纯冻融和干湿循环对界面的劣化作用很小;但是加上持续荷载后,粘结性能的劣化变得非常显著,且主要表现为加载端劣化剥离区域长度的增加。     

求取内嵌FRP加固混凝土梁界面滑移量的一种新方法

FRP筋与混凝土之间界面的粘结性能是FRP筋混凝土结构中最关键的力学特性,要准确预测FRP-混凝土的剥离破坏,必须确定合适的黏结滑移关系。为建立相对准确的界面粘结滑移模型,在提出内嵌CFRP筋加固混凝土梁界面特性研究新的试验方法的基础上,开展了11根混凝土梁的四点弯试验。借助岩石中树脂锚杆与锚固剂界面的剪应力模型,导出了CFRP筋横断面上轴向正应力沿CFRP筋锚固长度分布的解析式,进而得到CFRP筋锚固段的伸长量,结合试验获得的CFRP筋指定截面测定的滑移量、外露CFRP筋的伸长量,最后得到了CFRP筋与混凝土界面的滑移量,绘制了CFRP筋-混凝土界面的粘结-滑移曲线。试验和分析计算表明,新构建的CFRP筋与混凝土界面滑移量的求取方法,混凝土-CFRP筋界面的滑移量及粘结-滑移曲线准确简单,省去了在CFRP筋上密贴应变片的麻烦,排除了应变片对界面受力的干扰,对CFRP筋-混凝土界面的特性研究具有示范指导作用。     

基于粘结单元的FRP-混凝土粘结界面的数值分析

采用指数函数分析模型拟合纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic,FRP)与混凝土粘结界面单剪试验的荷载滑移曲线,在现有分析模型基础上,提出一个基于粘结界面单元采用损伤演化方法输入粘结界面本构关系的分析模型,并基于该模型提出一种FRP-混凝土界面粘结性能的有限元分析方法。结果表明:本模型能较精确地反映剥离破坏过程中FRP的荷载滑移关系和应变分布。通过有限元分析得出的荷载滑移曲线与分析模型完全吻合,FRP应变分布与实验结果也吻合较好。验证了分析模型的正确性和精确度以及该分析模型的有限元模型的正确性。     

复合内嵌筋材加固混凝土梁破坏模式分析

对螺旋肋钢筋施加预应力,将其与碳纤维筋组合后,以不同的方式嵌入到混凝土梁受拉区混凝土保护层中,对混凝土梁进行加固,能显著提高混凝土梁的承载能力。在对承载能力试验结果做简单阐述的前提下,针对加固梁中多材料、多界面存在的客观现实,全面系统地分析了加固梁可能存在的破坏模式,且与试验梁的破坏模式进行对比,对不同加固方式加固的试验梁的破坏模式及破坏机理进行了分析。分析表明,多界面的存在严重影响了加固梁的承载力;不同的破坏界面,应对加固材料断面总内力采取不同的取值,在试验中应特别注意破坏界面的判别,否则计算结果会产生很大误差。     

植筋搭接混凝土柱偏心受压性能试验研究

对钢筋混凝土植筋搭接柱在静载作用下的偏心受压破坏进行了探索性的研究。通过试验,得到了试验柱的承载力与锚固长度、跨中弯矩与挠度、荷载与位于搭接段跨中截面受压区混凝土应变等关系曲线。试验结果认为,钢筋混凝土搭接柱在混凝土未被压坏的前提下,发生的钢筋锚固失效主要是锚固强度失效,并确认了植筋试件的薄弱面。另外,试件破坏时的粘结应力随锚固长度的增加逐渐减小。而对FISV360S植筋胶来说,锚固长度的增加能明显地提高试验梁的极限承载力。最后分别提出了临界锚固长度计算公式和试验柱极限承载力计算公式。     

CFRP加固高强混凝土梁锚固方式试验研究

高强混凝土梁受拉底面粘贴补强纤维布后,延性降低显著。为提高补强梁的综合性能,利用四点弯曲梁静载试验,在补强加固梁梁端及跨中实施不同的锚固方式,对比不同锚固组合下加固梁的强度和延性。研究表明:端部U锚能改善加固梁破坏模式,提高加固梁的延性和强度及补强纤维布的利用率。端部U锚联合跨中全包锚固能进一步提高加固梁的延性,显著提高补强纤维布的利用率,且能平衡变形性和承载力在安全储备中的比重;在补强纤维布断裂后,能有效限制补强纤维布的剥离和滑移,继续发挥补强作用,使加固梁延性和强度得以恢复;能对包裹区混凝土产生约束作用,提高混凝土的延性。因此端部U锚联合跨中全包锚固是合理且有充分安全储备的锚固方式。     

钢纤维全再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究∗

混凝土梁良好的抗弯性能是影响建筑结构安全性的重要因素。为研究加入钢纤维的全再生粗骨料钢筋混凝土梁抗弯力学性能,设计了 4 根全再生粗骨料混凝土梁和 1 根天然粗骨料混凝土梁,主要设计参数为全再生粗骨料取代率,钢纤维体积分数,预损程度以及碳纤维布(CFRP)加固。通过单调加载试验对 5 根梁的破坏形态、荷载- 跨中挠度曲线、钢筋应变变化特征等抗弯性能进行了研究,采用 ABAQUS 有限元软件对各试件的加载过程进行了建模分析,基于现有规范和试验数据对各试件的峰值承载力计算方法进行了研究。研究结果表明,各试件梁均发生典型受弯破坏,掺加纤维后梁的受压区混凝土破碎脱落范围减小;全再生粗骨料混凝土梁的抗弯承载能力较普通混凝土梁降低约 6%,掺加钢纤维后梁的抗弯承载力较未掺加钢纤维的全再生粗骨料混凝土梁提高约 5%,钢纤维的掺入亦可改善混凝土梁的变形能力;采用碳纤维布直接加固后的梁承载力提高约 20%,先预损后进行碳纤维布加固后的梁承载力可提高约 14%,碳纤维布还可显著提高试验梁的整体刚度;ABAQUS 有限元软件分析结果与试验结果吻合较好,可较为准确地模拟梁的破坏形态和抗弯性能;现有规范公式及文中修正方法得到的抗弯承载力计算值与试验值相比误差较小,二者均可用于钢纤维全再生粗骨料混凝土梁的设计。     

FRP复合锚固技术试验研究

经外粘纤维增强聚合物(FRP)片材进行抗弯加固的钢筋混凝土梁,除发生正截面破坏外,经常会出现早期的剥离破坏,导致纤维的抗拉强度不能有效利用甚至使加固失效。本文提出一种新型的用于阻止剥离破坏发生的FRP复合锚固技术。该技术改良了机械锚固系统,通过钢片和螺杆实现了对纤维片材的锚固。通过11根抗弯加固梁的试验,主要研究了FRP复合锚固技术的有效性以及其对FRP应变分布和界面剪应力分布的影响。研究结果表明,该技术可以有效防止早期剥离破坏的发生,显著提高FRP片材的强度利用率,明显增强FRP片材与钢筋混凝土构件之间的界面粘结强度,具有良好的工程应用前景。     

再生混凝土及钢骨短柱高温后的加固行为研究

研究了0%,50%和100%的3种再生骨料替代率下,再生混凝土的基本物理和力学性能,分析了钢骨再生混凝土短柱的高温性能及其加固行为,得到了不同再生骨料替代率、不同温度和CFRP加固下钢骨再生混凝土的承载力、位移和应变响应,建立了高温后(500℃)钢骨再生混凝土短柱弹性模量和抗压强度之间的理论关系。结果表明:在CFRP加固下,替代率为50%的试件具有最大的承载力,温度升高,试件承载力急剧降低,而CFRP加固能有效提高试件的承载力、刚度,延性有所降低,其破坏模式比未加固试件有明显改变。     

CFRP筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力试验与分析∗

对 CFRP 箍筋和纵筋增强钢纤维混凝土梁的受剪承载力进行研究,通过 6 根梁的加载试验研究了剪跨比、配箍率和箍筋种类对受剪承载力的影响。考虑 CFRP 纵筋与混凝土的粘结性能,建立了 CFRP 筋增强钢纤维梁受剪承载力计算方法。结果表明：①CFRP 筋增强钢纤维混凝土梁受剪承载力高,破坏前斜裂缝宽度大,破坏有明显预兆;②钢纤维可有效减小斜截面开裂后前期的 CFRP 箍筋应力,有利于箍筋强度发挥,CFRP 箍筋的极限应变可取为 0.004;③CFRP 纵筋发挥强度高,需注意锚固长度和设计使用应力,防止滑移拔出和销栓破断;④给出的受剪承载力计算方法具有较高的计算精度高。     

GFRP筋混凝土梁耐火性能的试验研究

进行了4根GFRP筋混凝土简支梁在ISO834标准升温曲线下的火灾实验,试件依据ACI440.1R-06进行截面设计,分别考虑了不同荷载比、保护层厚度、端部锚固方式对梁耐火性能的影响。试验结果表明,GFRP筋混凝土梁在火灾中的裂纹开展深度较传统的钢筋混凝土结构明显偏大。由于GFRP筋横向膨胀大更易造成梁底混凝土的开裂与剥落,建议在满足纵筋锚固性能要求的前提下,尽量减少端部J型锚固筋。GFRP筋在高温下的材料性能衰减严重,合理的设计保护层厚度和限制GFRP筋的使用内力,可使GFRP筋混凝土梁的耐火性能满足实际工程的需要。     

不同温度及不同加热时间作用后混凝土力学性能试验研究

采用液压伺服试验系统对经历不同温度、不同加热时间作用后的混凝土力学性能进行了试验研究,分析了加热温度、加热时间对混凝土的抗压强度、弹性模量和应力-应变关系等力学性能的影响.结果表明:高温后,混凝土的力学性能随温度的升高而劣化,表现为随着受热温度的升高、加热时间的延长,混凝土的抗压强度、弹性模量降低,峰值应变逐渐增大.此...     

基于细观模拟的轻骨料混凝土破坏行为及尺寸效应研究∗

轻骨料混凝土由于其轻质高强及保温隔热性能好等优点,越来越多被应用于实际工程结构。从细观角度出发,将混凝土材料看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了考虑混凝土材料非均质性影响的二维细观数值分析模型,模拟研究了轻骨料混凝土与普通混凝土压缩和劈拉破坏行为及尺寸效应的异同,并揭示两者破坏机理。结果表明:轻骨料混凝土压缩及劈拉破坏均造成骨料颗粒的断裂,而普通混凝土破坏时骨料很少破坏;轻骨料混凝土由于脆性较强,与普通混凝土相比有更加明显的压缩强度尺寸效应现象;轻骨料混凝土与普通混凝土存在相似的劈拉强度尺寸效应现象。     

混凝土单轴动态强度理论的探讨

在分析相关试验结果的基础上,系统地对混凝土在单轴动态加载下的强度特征进行了研究分析。结果表明,不仅加载速率对动态强度有着重要的影响,加载速率对材料弹性参数的影响也很大。结果显示:①混凝土在加载初始阶段,应力—应变表现为线性关系,可认为混凝土处于弹性阶段;随着压力的增加,混凝土产生非线性变形,并出现峰后应力下降;②混凝土的抗压极限强度随着加载速率的增加而增加;③混凝土的弹性模量随着加载速率的增加而提高,而泊松比保持不变。最终提出了一种改进的弹性损伤动态强度的本构理论。     

水灰比对高温下混凝土质量损失及抗压强度影响试验研究

为研究水灰比对不同温度作用下混凝土残余抗压强度、质量损失的影响,对不同受火温度和不同水灰比的混凝土标准立方体试件进行高温下及高温后的抗压强度试验和质量损失测试。试验结果表明:随着水灰比的增大,高温下及高温后混凝土抗压强度、混凝土质量损失均呈现出整体下降的趋势。通过试验拟合回归分析,建立了高温下混凝土抗压强度、质量损失与受火温度之间的关系式,可通过质量损失、受火温度来预估高温下混凝土残余抗压强度。     

考虑黏结性退化的锈蚀PC梁抗弯承载力计算方法∗

钢绞线锈蚀降低了其与混凝土间的黏结性，导致钢绞线与其周围混凝土间的变形不协调，影响预应力混凝土梁的抗弯性能。采用快速锈蚀试验得到了不同锈蚀程度的16个有箍筋和无箍筋拉拔试件，通过拉拔试验得到了试件开始滑移及破坏时的拉拔力；回归了黏结折减系数与锈蚀率之间的关系式，并将其融入到预应力混凝土梁的抗弯承载力分析模型中，提出了考虑黏结性退化的锈蚀预应力混凝土梁抗弯承载力计算方法。试验结果表明：有箍筋试件的黏结强度大于无箍筋试件；随着钢绞线锈蚀水平的增大，箍筋对黏结强度退化的约束作用逐渐减小；黏结折减系数随锈蚀率的增加呈指数函数规律递减。将理论值与本文及已有文献中锈蚀预应力混凝土梁抗弯性能试验结果进行了比较，计算结果表明本方法预测精度较高，最大误差在6%以内，验证了本抗弯承载力计算方法的适用性，可为服役预应力混凝土桥梁抗弯承载力评估提供参考。     

高应变率下HRB600高强钢筋力学性能试验研究

钢筋混凝土结构抗震分析中应该采用钢筋材料的动态塑性本构模型,HRB600高强钢筋作为新一代建筑钢材,尚无其在高应变率下的力学性能研究。首先进行了HRB600高强钢筋拉伸力学性能试验,得到了不同应变率下的HRB600高强钢筋力学性能数据,屈服强度最大提高11.5%,极限强度最大提高8.9%,然后拟合得到HRB600高强钢筋在高应变率下的强度提高系数表达式。研究结果表明:随着应变率的增大,钢筋的屈服强度和极限强度均得到提高;在相同应变率条件下,钢筋屈服强度动力提高系数大于极限强度动力提高系数;相比较低强度钢筋,应变率敏感性明显低于HPB235、HRB335及HRB400,但与HRB500钢筋相差较小,而极限强度应变率敏感性明显高于低强度钢筋;基于试验数据得到的HRB600高强钢筋在高应变率下的动态塑性本构模型,与试验值吻合较好。研究成果可作为HRB600高强钢筋混凝土结构抗震评估的依据。     

基于力学机制的钢筋混凝土柱抗剪承载力模型∗

为了兼顾钢筋混凝土(RC)柱抗剪承载力分析的计算精度和简便性,研究建立了一种基于力学机制的RC柱抗剪承载力简化模型。首先基于变角桁架-拱模型理论,结合变角桁架模型的力平衡条件以及变角桁架模型和拱模型之间的变形协调条件,建立了RC柱抗剪承载力分析的理论模型;然后利用38组试验数据进行统计分析,分别确定了混凝土、箍筋和拱模型的抗剪承载力贡献系数近似取值,在此基础上建立了R C柱抗剪承载力分析的简化模型;最后通过与试验数据进行对比分析,验证了该模型的计算精度和适用性。分析结果表明,该模型不仅可以合理分析混凝土、箍筋和拱作用的抗剪承载力贡献,具有较高的计算精度,而且计算公式较为简洁。     

钢筋混凝土梁裂缝宽度与裂缝深度的相关性试验研究

裂缝的出现极大地降低梁的使用寿命。裂缝宽度和裂缝深度作为裂缝的两个主要参数,目前对前者的研究相对成熟,而后者的研究甚少。通过对8根钢筋混凝土梁的静力加载试验,研究由荷载引起的结构裂缝宽度与深度的相关性发展形态,并考虑混凝土强度、保护层厚度和钢筋直径对裂缝特征的影响。结果表明:混凝土梁裂缝宽度的发展主要与钢筋配筋率有关;梁的开裂荷载与混凝土的劈裂抗拉强度有一定关系;裂缝宽度与深度的相关性大致呈三段式的发展,并拟合二者的曲线。     

结构局部损伤诊断的应变模态方法--分析与应用

监测和诊断大型工程结构的健康状况，评估其安全性已成为未来工程的必然要求。基于利用局部反应监测结构局部性能的设想，利用应变模态的局部性特点进行结构的局部损伤诊断。首先由传递函数对应变模态进行贝叶斯区间估计，通过一混凝土框架模型的模态试验，分析应变模态测试的不确定性；然后对混凝土框架柱进行局部加强，考察应变模态界定损伤的能力。结果显示，固有频率的不确定性程度最小，应变模态振型与位移模态振型相比，各测点的变异程度差异较大，而阻尼比受不同类型测试系统影响较大；在高阶应变模态对结构局部损伤发生误判的情况下，一阶应变模态可以界定损伤，准确指示损伤部位。