单向玄武岩布增强高分子湿法浸渍片材的高温性能研究

与碳纤维与玻璃纤维相同,单向玄武岩纤维布可以通过外粘结工艺用于土木结构的加固。由于用于粘结纤维布的高分子胶粘剂易燃烧,高温软化,本文系统研究了单向玄武岩纤维布增强环氧树脂基湿法浸渍片材的高温中及高温处理后的力学性能。BFRP片材经100、150、200°C处理720小时,冷却后,其拉伸模量保持不变,而拉伸强度在200°C下处理720小时后下降约20%。电子显微镜照片及玻璃化温度变化分析表明,在高温处理过程中,树脂的降解与界面脱粘是导致BFRP拉伸性能下降的主要因素。BFRP的拉伸模量随着试样温度的升高,逐步下降,当达到最大试验温度300°C时,模量下降约35%。BFRP的拉伸强度对试样温度更为敏感。当测试温度超过树脂的玻璃化温度(约82°C)后,BFRP的拉伸强度急剧下降,并趋于稳定,约为室温初始值的45%。当温度超过树脂基体的玻璃化温度后,树脂开始从玻璃态转变为高弹态,不能有效地传递应力,导致BFRP片材的拉伸性能下降。     

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。     

基于人工神经网络方法的FRP增强混凝土断裂研究新思路∗

纤维增强复合材料(FRP)作为一种新型的增强加固材料,由于其强度高、质量轻、防腐蚀、耐疲劳、与混凝土粘结性能好以及便于施工等诸多优点,在混凝土结构修复加固领域得到了广泛的应用。近年来,随着人工智能(AI)的逐渐兴起,机器学习(ML)作为实现AI 的一种途径,在水利、建筑等各行各业也得到了长足的发展。首先简单介绍了ML 的基本原理,并通过对ML 在混凝土结构工程中应用的系统回顾与总结,指出了传统试验和数值模拟分析中FRP 增强混凝土断裂研究存在的一些难点和局限性,阐述了基于ML 的人工神经网络(ANN)方法在处理混凝土结构问题中的优越性,认为采用ANN 方法能够有效解决FRP 增强混凝土断裂研究中难以解决的问题;其次,对ANN 方法应用于FRP 增强混凝土断裂韧度预测中的新思路进行了详细介绍,给出了ANN 方法应用于FRP 增强混凝土断裂韧度预测的具体流程,并对其流程中的一些步骤给出了建议;最后,对ML 应用于FRP 增强混凝土断裂方向的深入研究进行了展望,提出了ML 应用于FRP 增强混凝土断裂方向深入研究的相关问题。     

高温中植筋胶拉伸抗剪强度试验研究

为了研究高温中植筋胶的拉伸抗剪强度,进行了57个植筋试件在不同温度下的拉拔试验。试验温度共11个,温度范围为25～350℃。采用电炉加热升温,当到达设定温度后立即进行拉拔实验,每个温度下做5组试件。试验中量测电炉温度,植筋试件温度,植筋滑移和拉拔力。试验结果表明:随着温度升高,植筋胶的拉伸抗剪强度显著下降,当温度高于350℃后,植筋胶基本丧失承载力,约为常温下的4%左右。     

CFRP布约束增强高强混凝土柱抗震性能数值分析

采用地震工程开源模拟软件OpenSees(Open System for Earthquake Engineering Simulation)对CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)布加固高强钢筋混凝土方柱的抗震性能进行了数值分析。采用Steel02Material和Concrete02Material材料本构模型模拟了CFRP布加固高强混凝土方柱的抗震性能;在此基础上,进一步研究了轴压比和剪跨比这2个因素对试件抗震性能的影响。将所得数值分析结果与相同条件下的试验结果对比后发现:基于Steel02 Material和Concrete02 Material材料本构,利用OpenSees,可以较好地模拟CFRP布加固高强混凝土方柱的抗震性能,并且与试验结果(滞回曲线、骨架曲线、水平承载力和位移延性系数)能够较好地吻合,从而说明该数值分析方法还可以准确地反映出轴压比和剪跨比对高强混凝土柱抗震性能的影响规律。     

BFRP约束损伤混凝土棱柱体轴压力学性能研究

为研究玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer， BFRP)约束有初始损伤的混凝土棱柱体的轴压力学性能，对37个边长150 mm、高300 mm的混凝土棱柱体进行了轴压试验，其中包括34个BFRP约束混凝土试件和3个素混凝土试件，试验变量为BFRP层数(1、2、3、4和6层)和初始损伤程度(轻微、中等和严重损伤)，试验结果表明：BFRP约束棱柱体的抗压强度和轴向变形能力随FRP约束层数的增加而提高，特别对变形能力的提高更为明显；初始损伤程度对BFRP约束试件的峰值点以及极限点的强度影响较明显，但对极限应变影响较小；当BFRP层数为2层及以下时，BFRP约束棱柱体的应力—应变曲线有明显软化段，当BFRP层数为4层及以上时，应力—应变曲线开始有明显强化段。基于试验结果，提出了考虑初始损伤影响的BFRP约束混凝土棱柱体的强度模型和应变模型，并分别给出了弱约束和强约束下的应力—应变关系模型，模型预测结果与试验结果吻合良好。     

基于NSGM(1,N)模型的RTSF/PVA矿渣混凝土高温后力学性能分析及预测∗

为改善混凝土高温后的力学性能,以 RTSF 和 PVA 体积掺量以及矿渣替代率为变量,设置四因素三水平的正交试验,测试 RTSF/PVA 矿渣混凝土在 200 ℃、400 ℃、600 ℃以及 800 ℃后的残余抗压强度;结合电镜扫描分析高温后 RTSF/PVA 矿渣混凝土的微观结构;并采用一种新结构的多变量灰色模型对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测。结果表明：RTSF‐PVA/矿渣混凝土对裂缝的把控能力明显优于素混凝土,600~800 ℃后的最大裂缝宽度仅为素混凝土的 1/3~1/4,但裂纹分布较广;RTSF‐PVA/矿渣混凝土的残余抗压强度随温度升高, 总体上呈降低趋势,当掺量组合为 RTSF 掺量 0.6%、PVA 掺量 0.05% 以及 GBFS 替代率 25% 时,800 ℃后的抗压强度残余率为 56.64%,较素混凝土提高了 14.44%;通过电镜扫描观测到 RTSF‐PVA/矿渣混凝土基体结构更加致密,混凝土劣化主要是因为胶凝物质的分解和骨料膨胀,导致 ITZ 出现缺陷,以及纤维与基体粘结力降低,两者共同作用导致强度降低;建立 NSGM（1,4）模型对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测,平均相对误差控制在 6.3% 以内,模型精度达到Ⅱ级,根据发展系数判断模型可以对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后强度的长期预测。     

控轧控冷型Q550高强钢高温后的力学性能试验研究∗

通过升温、降温及冷却后的常温静力拉伸试验,对控轧控冷型(TMCP)Q550高强钢高温后的力学性能展开试验研究,得到了经历200～900℃之间9个不同的过火温度及自然冷却与浸水冷却两种冷却方式后,钢材的表观特征、应力-应变关系与基本力学性能参数,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度及断后伸长率。结果表明,过火温度及冷却方式对TMCP型Q550钢材弹性模量的影响较小;过火温度超过600℃时,钢材高温后的屈服强度和抗拉强度开始折减;过火温度达到700℃后,钢材的应力-应变曲线皆无屈服平台,不同冷却方式的结果开始呈现差异:随过火温度升高,自然冷却后钢材的强度减小而断后伸长率增大,浸水冷却则相反,且二者差异愈加明显。将试验结果与文献结果对比,发现当过火温度超过700℃时,TMCP型Q550高强钢高温后的力学性能与调质型(QT)Q550高强钢存在差异,在经历较高的过火温度后,TMCP钢在自然冷却下的强度折减比QT钢严重,浸水冷却下的强度增长程度低于QT钢。     

火灾高温下CFRP加固钢筋混凝土梁温度场分析

综合国外CFRP加固混凝土结构抗火试验相关研究,总结了CFRP的高温热工性能参数。用ANSYS软件对火灾高温下不同情况(无防火保护层和有防火保护层)和不同工况(防火涂料涂抹形式)下CFRP加固后的钢筋混凝土梁进行了温度场数值模拟研究。结果表明,防火涂料厚40 mm时,梁耐火极限可达2.5小时以上,且底面和两侧面全面涂抹防火涂料的防火效果最好。本文研究有助于进一步深入认识CFRP加固钢筋混凝土结构在高温下的力学性能和耐火极限,且对CFRP加固后的结构防火设计具有一定的指导意义。     

FRP(钢绞线)加筋混凝土梁正截面受弯承载力计算

纤维增强复合筋、不锈钢绞线等高强材料作为混凝土梁的受力筋可以充分发挥强度高、耐腐蚀性能好等优点,在土木工程中得到了广泛应用。为了分析此类高强材料加筋混凝土梁的受弯性能,在平截面假定基础上,对混凝土和受力纵筋分别采用混凝土Hongnestad模型和线弹性模型,通过平衡条件,推导了FRP(钢绞线)加筋混凝土梁受弯承载力的计算公式,并与国内外82根简支梁的试验结果进行了对比。研究结果表明:加筋混凝土梁抗弯强度试验值与理论值之比的平均值为1.07,标准差为0.14。建议公式可以较好地计算FRP(钢绞线)加筋混凝土梁的受弯承载力。实际工程构件抗弯截面设计时,建议安全配筋率取1.4倍平衡配筋率,设计截面弯矩取0.625倍理论受弯承载力,以使构件具有足够安全储备。     

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。     

碳纤维加固钢筋混凝土板耐火性能试验研究

对5块钢筋混凝土板(分别为未加固、采用有机胶或无机胶粘贴碳纤维加固、采取或不采取防火保护措施)进行标准火灾试验,得出了不同种类的胶粘剂和是否采取防火保护措施对高温下碳纤维加固钢筋混凝土板的破坏形态、跨中变形、耐火极限等的影响。试验结果表明:即使未采取任何防火保护措施,无机胶粘贴碳纤维加固钢筋混凝土板仍具有较好的耐火性能;未采取防火保护措施的情况下,有机胶粘贴碳纤维加固钢筋混凝土板的耐火性能比较差;有机胶粘贴碳纤维加固钢筋混凝土板,采取适当的防火保护措施后,可有效降低碳纤维粘贴层的温度,从而保证碳纤维与混凝土的粘结强度。     

高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究

利用自行研制的岩石高温装置和RMT-150C岩石力学试验机,对石灰岩试件在200~700°C高温双向约束条件下的膨胀特性和力学特性进行了试验研究。结果表明:升温过程中,随着温度的升高,石灰岩试件两个约束方向的膨胀应力在600°C前逐渐增加,600°C或650°C以后出现减小现象;石灰岩垂直层理方向的热膨胀应力大于平行层理方向的热膨胀应力。恒温过程中,600°C以前的试件两方向膨胀应力曲线都随时间延长呈平稳上升,但曲线斜率远远小于升温过程;恒温一定时间后,膨胀应力趋于该温度的一个稳定值。700°C恒温结束后,石灰岩两方向的膨胀应力小于恒温前的值,说明到一定温度后石灰岩已膨胀到极限。在试验温度范围内,石灰岩峰值应力随温度升高而降低,700°C时,峰值强度值比常温下降低了58.92%,说明高温对岩石的强度会产生明显的弱化作用。石灰岩峰值应变随温度升高先增加后减少,500°C前峰值应变增加,之后逐渐减小。由于受约束条件限制,在过高温度后,石灰岩内部裂隙部分闭合,空隙数量减少,致使一定温度后其热膨胀应力和峰值应变可能减小,但具体原因有待进一步研究。     

高强度Q460钢材高温力学性能试验研究

采用恒温拉伸法和振动法分别对国产高强度Q460钢材在高温下的强度和弹性模量进行了试验研究。根据试验结果对屈服强度、极限强度和弹性模量进行了拟合,得到了Q460钢材的力学性能指标随温度变化的函数表达式。将Q460钢的高温力学性能指标和普通结构钢进行了对比。研究结果表明:高强度Q460钢材的强度和弹性模量随温度的升高而降低;Q460钢材高温下的强度折减系数比普通钢低,同等条件下,Q460钢结构比普通钢结构具有较好的抗火性能。     

火灾后混凝土结构损伤检测方法研究与探讨

研究了火场最高温度、持续时间对混凝土材性的影响,采用逐层深入-劈拉法研究了沿深度方向的不同损伤情况。研究表明,混凝土力学性能,包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量等,随温度升高而显著降低;抗压强度、抗拉强度均随持续时间的增长而下降。逐层深入-劈拉法试验表明,在最高受火温度基本相同的情况下,残余强度随受火时间不同而有较大的差别;受火时间短的试件强度曲线呈明显的非线性,而受火时间长的试件强度曲线则趋于线性。对于火灾后混凝土构件的检测,在钻芯法的基础上提出了多次横向劈拉法;基于混凝土受损趋势为双曲线模型的假定,提出了首波传播路径为抛物线的改进超声波检测法。     

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。     

消防射水对火灾后高性能混凝土剩余抗压强度的影响

对火灾后消防射水对高性能混凝土(HPC)剩余抗压强度的影响进行了研究。分析了在不同温度、不同冷却方式条件下,C40HPC剩余抗压强度的变化规律,并利用ORIGIN 7.5软件,拟合了高温作用后HPC剩余抗压强度与温度之间的关系。研究表明:消防射水对高温作用后的HPC的剩余抗压强度的影响很大,射水冷却后的HPC剩余抗压强度明显低于自然冷却后的剩余抗压强度;随着破坏温度的升高,经消防射水冷却的HPC剩余抗压强度呈衰减状态。最后,建立了自然冷却及消防射水冷却条件下,C40HPC剩余强度与火场温度之间的二元回归曲线公式。     

压电智能骨料动态拉应力标定试验研究∗

为了监测混凝土内部受拉开裂损伤,提出了混凝土内部拉应力监测压电智能骨料,并对其进行了动态拉应力标定试验研究。首先,制备4个压电智能骨料受拉试件,建立拉应力监测系统;其次,对压电智能骨料施加往复拉应力,标定得到其灵敏度系数;然后,对压电智能骨料试件施加单调荷载直至其受拉破坏,得到其抗拉强度及输出的电压信号,对比了破坏过程的实际与监测荷载。结果表明,往复荷载作用下,SA输出与输入荷载呈良好的线性关系,SA的灵敏度系数一致性较好;单调荷载作用下,各SA抗拉强度均高于混凝土抗拉强度。综上,压电智能骨料有潜力应用于混凝土内部的拉应力监测。