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。     

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。     

无粘结部分预应力混凝土梁恢复力模型的研究

在已完成的16根无粘结部分预应力混凝土梁低周反复荷载试验的基础上,对不同配筋率的13根无粘结部分预应力混凝土梁进行了分析,建立了无粘结部分预应力混凝土梁的弯矩-曲率恢复力模型,根据得到的弯矩-曲率恢复力模型,采用虚梁法编程计算了无粘结部分预应力混凝土试验梁的弯矩-挠度滞回曲线,计算结果与试验结果吻合良好。恢复力模型的建立为无粘结部分预应力混凝土梁的抗震性能研究提供了理论依据,具有理论和工程实际意义。     

钢筋与再生混凝土粘结性能及影响因素研究

研究并制作了一种进行钢筋与混凝土粘结滑移性能试验的新型梁式试件,该梁式试件具有同一试件分次完成左右两个不同钢筋锚固长度梁段的粘结滑移性能试验的特点。利用该装置完成了10个梁式试件、20个梁段的粘结滑移性能试验,分析了钢筋与再生混凝土之间粘结性能的影响因素,对实测粘结-滑移曲线进行了拟合,构造了本构模型。研究表明:再生骨料取代率、混凝土强度、钢筋外形、钢筋锚固长度、钢筋直径是影响试件粘结滑移性能的关键因素;与细骨料为天然砂、再生粗骨料的取代率为33%~66%的混凝土相比,钢筋与全再生粗细骨料混凝土的粘结强度明显降低;与光圆钢筋相比,变形钢筋与混凝土的粘结强度显著提高;钢筋与混凝土的粘结强度随钢筋锚固长度增大而减小;在相对锚固长度相等的条件下,钢筋直径越小,钢筋与混凝土的粘结强度越大。     

玄武岩纤维混凝土抗压试验有限元分析

利用ANSYS有限元软件建立细观层面上带有随机分布的玄武岩纤维,考虑纤维与混凝土界面粘结滑移的混凝土模型对抗压试验进行模拟,以考察玄武岩纤维在混凝土受力发生变形至开裂的过程中所起的作用及纤维的掺量对应力分布情况的影响。结果表明：直到材料发生塑性变形,纤维才开始分担受力,纤维掺量对应力应变关系的影响才开始凸显,混凝土发生开裂时,纤维体现了明显的阻裂效果;随着纤维掺量的增大,纤维对混凝土应力集中的分散效应逐渐增强。     

玻璃纤维(GFRP)布—高强混凝土界面的剥离承载力研究

高强混凝土如今被广泛应用于各种重要的民用和工业建筑物上,与其维修加固相关的问题急需人们去研究、解决。目前,外贴玻璃纤维(GFRP)布加固高强混凝土的关键问题——界面的粘结破坏机理还很少有系统研究。本文对41个粘贴GFRP布的高强混凝土试件进行了单面剪切试验,得到了不同影响因素(混凝土强度、GFRP布粘结长度、宽度比、GFRP布刚度)作用下的界面剥离承载力、应变分布以及破坏模式。统计分析承载力试验值,给出了适合高强混凝土的宽度比系数,进而得到了GFRP布—高强混凝土界面的剥离承载力计算公式;进一步将试验值与陈-腾公式进行了比较,并且检验了已有承载力模型预测的准确性;由试验得到的应变数据考察了界面应变分布,发现应变的理论计算值与试验值在弹性阶段吻合较好。高强混凝土下,超过有效粘结长度后界面的破坏模式主要为界面剥离破坏。     

高温后钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析

基于有限元软件ABAQUS建立了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的理论模型,其中再生混凝土的应力—应变关系考虑了再生混凝土骨料取代率和曾经历的最高温度的影响,计算了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的破坏形态、荷载—变形关系、承载力和组合弹性模量,计算结果与试验结果总体吻合较好。利用有限元模型对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷载—变形关系进行了全过程分析,揭示了受力过程中钢管与核心再生混凝土关键位置的应力—应变关系及它们之间相互作用应力的变化规律。研究结果可为有关钢管再生混凝土结构的工程实践和规程制定提供参考。     

高温后钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析北大核心CSCD

基于有限元软件ABAQUS建立了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的理论模型,其中再生混凝土的应力—应变关系考虑了再生混凝土骨料取代率和曾经历的最高温度的影响,计算了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的破坏形态、荷载—变形关系、承载力和组合弹性模量,计算结果与试验结果总体吻合较好。利用有限元模型对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷载—变形关系进行了全过程分析,揭示了受力过程中钢管与核心再生混凝土关键位置的应力—应变关系及它们之间相互作用应力的变化规律。研究结果可为有关钢管再生混凝土结构的工程实践和规程制定提供参考。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。     

方钢管混凝土框架加固后的非线性有限元分析——受低周反复荷载作用

建立了加固后损伤方钢管混凝土框架的三维非线性有限元分析模型，用以研究该框架在低周反复荷载作用下的抗震性能。该模型考虑了钢与混凝土的黏滑作用。通过与损伤方钢管混凝土框架加固后的结构在低周反复荷载作用下滞回曲线和刚度退化曲线的对比表明，计算结果较为精确，该模型可以应用于方钢管混凝土框架的结构分析中。同时由试验和有限元分析计算的结果可知，损伤方钢管混凝土框架结构加固后，具有较好的抗震性能。     

温度对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为的影响

将粘贴碳纤维(CFRP)粘贴于混凝土表面来加固钢筋混凝土结构的方法,由于施工便捷而被广泛应用。但是粘贴CFRP所用的环氧类胶黏剂对温度过于敏感,明显影响加固效果。尤其是用CFRP加固的混凝土结构的耐火性能很差,限制了这一加固技术的推广。本文在先后2次对不同温度下CFRP-混凝土界面粘结滑移行为试验研究的基础上,结合目前已有的研究成果,对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为受温度影响的特性进行评述,并从材性方面对温度对界面的粘结滑移行为的影响进行了机理分析,为分析常温下CFRP加固混凝土结构受力性能和高温(火灾)下防火保护的CFRP加固混凝土结构抗火性能提供了依据。     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板连接节点抗震性能分析

在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板式节点进行了低周反复荷载试验,以及在低周反复荷载下的抗震性能分析。结果表明:有限元分析得到的滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好;试件破坏为梁端破坏,塑性铰出现在梁端,在梁变截面附近出现了局部屈曲,也与试验结果一致。     

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。     

锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压试验与本构关系模型∗

为了研究揭示锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压特性,基于36组锈蚀箍筋约束混凝土试件的单轴受压试验,获得了不同锈蚀程度箍筋约束混凝土的应力—应变曲线试验数据,分析了箍筋质量锈损率对约束混凝土的峰值应力、峰值点应变、极限应变以及破坏形态的影响规律,并分别建立相应的计算模型,进而研究提出了锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压本构关系模型。结果表明:随着箍筋质量锈损率的增加,约束混凝土的峰值应力、峰值点应变和极限应变逐渐降低;箍筋体积配箍率越小,箍筋质量锈损率对峰值应力和极限应变的影响越显著;当箍筋质量锈损率分别超过15%、10%和30%左右时,大部分方形箍、棱形箍和螺旋箍在试件轴压破坏位置处发生断裂;锈蚀箍筋约束混凝土单轴受压本构关系模型的计算值与试验数据吻合较好,说明该模型能够合理描述箍筋锈蚀程度对约束混凝土单轴受压应力—应变曲线的影响规律。     

钢管再生混凝土柱的耐火极限

介绍了考虑再生混凝土粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系,采用有限元软件ABAQUS对钢管再生混凝土柱进行实体单元建模,模拟火灾作用下该组合柱的力学特性与耐火极限,通过与试验结果的比较验证有限元模型的合理性,并在系统分析各主要参数影响规律的基础上提出钢管再生混凝土柱耐火极限的简化公式。研究结果表明:(1)有限元模拟钢管再生混凝土柱的温度场和耐火极限与实测结果总体符合,验证了提出的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系的正确性;(2)截面尺寸和长细比是影响钢管再生混凝土柱耐火极限的主要因素;(3)简化公式计算钢管再生混凝土柱的耐火极限与试验结果吻合较好。     

底面受火预应力混凝土空心板耐火性能的有限元分析

在试验研究的基础上,为进一步认识高温下预应力混凝土空心板的耐火性能,采用有限元软件ABAQUS建立了恒载升温条件下预制空心板的非线性有限元模型,对高温下预应力混凝土空心板的温度场进行数值模拟,有限元分析得到的预应力混凝土空心板孔洞内和板面的温度场分布与实测结果基本吻合;基于有限元分析得到的预应力混凝土空心板温度场分布结果,采用顺序耦合的方法对恒载升温条件下的预应力混凝土空心板进行了非线性热-力耦合分析,分析得到的位移—时间曲线与试验结果变化趋势一致。提出的有限元模型能较准确地预测预应力混凝土空心板火灾下的性能,有限元分析结果对进一步认识预应力混凝土空心板的耐火性能具有一定的指导意义。     

FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为研究

通过FRP约束钢筋混凝土柱的单向和往复轴压试验,研究了外包FRP的断裂应变、刚度、以及加载方式对钢筋屈曲性能的影响。采用了两种不同的纤维材料:CFRP和PET FRP,二者具有不同的断裂应变(CFRP1.5%;PET FRP5%)。在试验分析的基础上,发展了考虑FRP侧向约束作用的弹性地基梁模型,该模型能够较好地分析FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为。基于弹性地基梁模型和试验数据,提出了考虑FRP侧向约束作用的钢筋屈曲经验模型。并将该模型通过二次开发的方法写入OpenSees数值分析平台,对FRP约束RC柱的往复轴压行为进行数值分析,分析结果与试验结果吻合较好。研究成果可为精确分析FRP约束钢筋混凝土结构的抗震性能提供有力的工具。     

FRP加固震损RC柱建模方法及骨架模型研究

为研究震损RC柱采用FRP(Fiber Reinforced Polymer,FRP)加固修复后的抗震性能,本文基于OpenSees仿真平台,根据震后RC柱的表观损伤状态提出FRP加固震损RC柱的有限元模型建立方法。对FRP加固震损RC柱进行5120种工况的Pushover分析,采用三折线荷载-位移骨架曲线,研究损伤状态对骨架曲线特征点参数的影响规律,并通过数据回归分析提出FRP加固震损RC柱的骨架曲线计算模型。分析结果表明:损伤会降低FRP加固RC柱的承载力及刚度,且降低程度随损伤指数的增大而增加,两者近似成抛物线关系;在DS-5损伤状态下,相比于FRP加固完好RC柱,FRP加固震损RC柱的屈服承载力P y、峰值承载力P c、弹性刚度K 1、弹塑性刚度K 2及下降段刚度K 3的均值下降17.9%、14.5%、41.8%、43.1%和19.9%;损伤对FRP加固RC柱弹性刚度和弹塑性刚度的降低程度明显高于屈服承载力和峰值承载力;文中提出的FRP加固震损RC柱骨架曲线计算模型具有较高精度。     

考虑滑移的锈蚀混凝土偏压构件抗弯刚度模型

对锈蚀混凝土偏压构件抗弯刚度退化的影响因素进行了研究,采用刚度解析法对粘结性能退化后偏压构件的截面刚度进行了理论分析,引入了锈蚀钢筋滑移的粘结退化综合影响系数,建立了考虑滑移的锈蚀钢筋混凝土偏压构件抗弯刚度的计算模型。经试验验证,模型的抗弯刚度计算值与试验实测值结果吻合较好,故模型计算值可为锈蚀混凝土偏心受压构件性能的评估提供参考。     

高速铁路沥青混凝土防水结构界面安全性分析∗

为了研究高速铁路无砟轨道底座板混凝土与全断面沥青混凝土封闭结构层之间抗滑移能力能否满足高速铁路行车安全,通过现场试验以及大型通用有限元分析软件ABAQUS对该界面进行对比分析。试验结果表明:现场试验最大剪切荷载为35 kPa,仿真计算结果最大剪切荷载为37 kPa,两者数值基本相同,且现场试验与仿真模拟的剪应力-位移曲线整体趋势一致。得到了满足高速铁路行车安全的结论,且为高速铁路全断面沥青混凝土防水结构设计提供了理论依据。