FRP与混凝土界面粘结性能的试验研究

纤维(FRP)与混凝土的粘结性能是外贴纤维增强聚合物加固钢筋混凝土结构技术的关键问题.采用修正梁模型,对9个外贴FRP条带加固混凝土受弯构件的粘结性能进行了试验研究.分析了FRP应变、局部粘结剪应力发展规律以及沿粘结长度在各级荷载下的分布规律.考察了混凝土强度和FRP粘结长度对粘结强度等粘结性能的影响.验证了FRP有效粘结长度,探讨了有效粘结长度的影响因素,计算得到了局部粘结剪应力-滑移关系曲线.通过对试验结果的统计回归分析,提出了局部粘结剪应力-滑移本构关系模型以及有效粘结长度计算公式,分析结果与试验结果都吻合较好,可供实际加固改造工程应用及完善相应规范的编制参考.     

FRP与砌体界面粘贴-滑移本构关系的适用性研究

对8个外贴FRP条加固砌体构件的粘结性能进行了试验,分析FRP应变以及局部粘结剪应力发展规律,计算得到了局部粘结应力-滑移关系曲线。通过对试验结果的统计回归分析,FRP与砌体的粘贴强度主要与砌体强度有关,并提出2种FRP与砌体界面的局部粘结剪应力-滑移本构关系数学模型。2种本构关系与试验的结果均吻合较好,可为砌体加固工程应用提供借鉴。     

胶层厚度对CFRP-混凝土界面性能影响的数值分析

纤维增强复合材料(FRP)-混凝土界面性能是分析FRP加固混凝土结构的受力状态的基础。其中,胶层厚度是影响界面本构关系的关键因素,需要深入而有效的研究。通过运用有限元程序,针对界面本构模型的差异性进行了分析,研究了胶层厚度对FRP-混凝土界面性能的影响,得到了胶层厚度对FRP-混凝土界面极限承载力、界面本构模型3个重要参数和有效粘结长度的影响规律。结果表明,界面极限承载力随着胶层厚度的增加先增后降,在胶层厚度为2 mm时达到最大,界面的剪切刚度和最大剪应力随着胶层厚度的增加而降低,有效粘结长度和界面破坏能则随之增大。     

NSM-CFRP混凝土加固界面应力理论解析

目的研究内嵌式碳纤维(NSM-CFRP)加固混凝土粘结界面的脱粘机理,并且预测界面的剥离强度.方法以微元理论为基础,建立了NSM-CFRP与固化环氧树脂胶层及混凝土粘结界面应力的控制方程.通过设定的粘接应力-滑移关系,对界面失效全过程进行了分析.CFRP与固化环氧树脂胶层及混凝土粘结界面的受力破坏过程划分为3个阶段:弹性阶段、弹性软化阶段、软化脱粘阶段.对4组拉剪试验极限承载力的试验值与拟合后的计算值进行比较.结果给出了FRP-混凝土界面剪应力、相对位移(滑移量)表达式以及载荷与相对位移关系.不同粘结长度得到的极限承载力解析解与拉剪试验得到的试验值进行对比吻合较好,误差在10%以内.结论得到了计算剥离强度的表达式,极限剪应力和极限滑移量与材料的性能以及其几何因素有关,需要结合试验数据进行拟合.     

FRP片材加固梁的剪应力分析

目前关于FRP片材加固梁的界面剪应力研究大都假定FRP片材与混凝土梁之间的粘结是完全的,且粘结胶的厚度都是均匀的。实际中,混凝土梁与FRP片材界面的胶有不均匀性和非连续性性质,已有的关于界面粘结剪应力分布的成果和粘结破坏模式成果不能完全反映这种情况下FRP片材加固梁的性能。考虑混凝土受压的非线性性能和钢筋对梁的作用后,推导了FRP片材下加固梁粘结部位的剪应力通用计算公式,并将计算结果与有限元分析相比较,结果表明两者的吻合程度良好。     

竖嵌FRP层板增强胶合木梁界面应力分析

采用弹性理论分析方法推导出3种荷载作用形式下的纤维复合材料(FRP)-木材界面的黏结剪应力计算公式,并进行有限元模拟,发现二者的吻合度较高。同时进行了参数化分析,结果表明:影响FRP-木材界面黏结剪应力的因素主要有竖嵌FRP板布置条数、FRP配筋率、FRP与木材的弹性模量比值。在实际设计此类构件时选取适当的参数,有利于降低FRP-木材界面黏结剪应力。最后将竖嵌FRP增强方式与传统横嵌FRP增强方式的界面剪应力进行对比,发现此种竖嵌增强方式在相同影响参数下可减少53%~75%的FRP-木材界面黏结剪应力。     

竖嵌FRP层板增强胶合木梁界面应力分析

采用弹性理论分析方法推导出3种荷载作用形式下的纤维复合材料(FRP)-木材界面的黏结剪应力计算公式,并进行有限元模拟,发现二者的吻合度较高。同时进行了参数化分析,结果表明:影响FRP-木材界面黏结剪应力的因素主要有竖嵌FRP板布置条数、FRP配筋率、FRP与木材的弹性模量比值。在实际设计此类构件时选取适当的参数,有利于降低FRP-木材界面黏结剪应力。最后将竖嵌FRP增强方式与传统横嵌FRP增强方式的界面剪应力进行对比,发现此种竖嵌增强方式在相同影响参数下可减少53%~75%的FRP-木材界面黏结剪应力。     

预应力FRP加固RC梁受弯剥离承载力分析

摘　要: 受弯剥离破坏是预应力纤维加固复合材料（FRP）片材加固受弯钢筋混凝土（RC）构件的主要破坏模式。本文以预应力FRP片材加固RC梁为研究对象,理论推导结合试验验证,分析该类构件由中部弯曲裂缝引起界面剥离的承载力。基于FRP-混凝土界面粘结滑移的双线性模型,推导弯曲裂缝间界面的粘结剪应力,提出了预应力FRP片材加固RC梁由弯曲裂缝引起界面开始剥离以及发生剥离破坏的预测模型。试验结果表明：FRP的预应力越大,加固梁的剥离承载力越高;无论是预应力还是非预应力FRP加固梁,利用本文的剥离预测模型均可得到较好的结果。     

冻融循环与持续荷载共同作用下FRP片材-混凝土界面黏结性能的退化行为

为研究冻融循环影响下纤维增强复合材料(FRP)外贴加固混凝土结构的界面性能,通过双面剪切试验研究冻融循环与持续荷载共同作用下FRP片材-混凝土界面黏结性能的退化行为。在经历最大200次冻融循环作用后,对试件进行静态加载,并采用数字图像相关法量测试件表面的全场位移,进而计算界面黏结滑移关系。试验结果表明:冻融循环作用对FRP片材-混凝土界面的极限承载力、极限滑移、FRP最大应变、最大剪应力、界面断裂能等均有明显的削弱作用,界面黏结滑移曲线退化显著;预加荷载的存在加剧了冻融循环作用后界面黏结性能的退化;冻融循环作用前后界面的破坏模式也发生了显著改变。     

预应力FRP加固RC梁的受弯剥离承载力分析

基于纤维增强复合材料(FRP)与混凝土之间界面的粘结-滑移双线性模型,推导了预应力FRP片材加固受弯钢筋混凝土(RC)梁弯曲裂缝间界面的粘结剪应力,考虑了FRP预应力水平和裂缝间距对构件承载力的影响;以界面断裂能所对应的临界滑移量作为剥离判据,建立了界面起始剥离和剥离破坏的预测模型,并进行了实验验证.研究结果表明:利用该模型可以有效地预测受弯FRP片材加固RC梁的剥离状况及剥离破坏时的承载力;FRP的预应力水平越高或裂缝间距越小,加固梁的抗剥离承载力越大.     

剪切波沿钢筋纵向入射时钢筋与混凝土间黏结力拟静力解析解

为研究钢筋与混凝土之间黏结应力分布以及黏结应力和滑移量之间关系的理论,基于拟静力假定,从剪切波沿钢筋纵向入射时钢筋混凝土的弹性响应入手,运用线性本构滑移模型及弹性复势方法获得钢筋与混凝土界面滑移量与黏结力的封闭形式解答,并通过算例分析钢筋直径、混凝士动剪切模量、混凝土保护层厚度、箍筋直径及间距对滑移量及黏结力的影响规律.研究结果表明:当选用的钢筋直径越小时,钢筋与混凝土间黏结力越大而滑移越小;当钢筋直径越大时,则恰好相反;当动剪切模量越大时,钢筋与混凝土间黏结力及滑移量都越大,动剪切模量越小,则钢筋与混凝土间黏结力及滑移量越小;当混凝土保护层越厚时,钢筋与混凝土间黏结力越大;当混凝土保护层越薄时,则反之,而滑移量却没有明显变化;箍筋间距对黏结力及滑移量的影响很微弱;箍筋直径越大,黏结力越大,箍筋直径越小,则钢筋与混凝土间黏结力及滑移量越小,而滑移量没有明显变化.所得结果与试验结果相吻合,该封闭形式解答可为钢筋混凝土结构设计提供理论依据.     

型钢再生混凝土界面黏结应力组成及其强度

为研究型钢再生混凝土(SRRC)界面黏结应力组成与各部分黏结应力的大小,首先分析了型钢与再生混凝土的黏结应力组成,再根据17个型钢再生混凝土试件的推出试验,研究型钢再生混凝土界面黏结滑移的全过程;接着,通过理论分析并结合试验数据,求解了型钢再生混凝土界面的化学胶结应力和摩擦应力的大小,并推导了型钢屈服时的临界黏脱长度lcr计算公式;最后,对影响化学胶结应力和摩擦应力大小的因素进行了分析.研究结果表明:增大混凝土强度、配箍率与保护层厚度可提高摩擦应力,增大保护层厚度可提高摩擦应力与化学胶结应力.     

均布荷载下预应力FRP筋钢与混凝土组合梁轴向力计算

外荷载作用下,预应力FRP筋钢与混凝土组合梁的交接面必产生相对滑移,预应力FRP筋内力会随外荷载增加而增加,这种交接面滑移和FRP筋内力增量会导致混凝土翼缘板、钢梁、连接件受力性能发生变化.针对这一问题,结合预应力组合梁实际受力特征,利用弹性理论,建立了考虑组合梁交接面相对滑移和预应力FRP筋内力增量影响的轴向力微分方程,给出均布荷载下组合梁中混凝土板和钢梁的轴向力理论计算公式.计算结果表明,预应力FRP筋组合梁的轴向力随着连接件刚度的增大和外荷载增加而增大,组合梁跨中截面轴向力最大,从跨中到梁端按非线性逐渐减小,梁端部轴向力近似为零,预应力FRP筋内力增量对组合梁轴向力影响较小,可以忽略其对...     

不同功率微波照射下钢筋混凝土粘结滑移试验分析

近年来,微波辅助机械拆除钢筋混凝土对于城市混凝土结构的拆除具有重要意义。为了探讨微波辅助机械拆除钢筋混凝土的断裂过程,采用钢筋混凝土的拉拔试验评价了不同微波功率下钢筋混凝土的粘结滑移曲线。在不同功率微波辐射下,分析了钢筋混凝土的破坏模式,钢筋与混凝土的粘结强度和粘结刚度。结果表明:①随着微波功率的增加,钢筋与混凝土温度应力差会导致两者之间机械咬合齿抗剪强度的降低;②对4种功率微波照射后钢筋混凝土拉拔试验粘结滑移曲线进行分析,认为整个拟合曲线均可由初始滑移段、滑移段、下降段和残余段4段组成;③随着微波功率提高,对应的粘结强度降低。5 000 W功率微波照射条件下粘结强度降低幅度相比3 000 W时并不显著,故认为采用3 000 W功率微波照射具有更好的能效比。     

BFRP与混凝土有效粘结长度的试验

通过27个混凝土与玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)的粘结试件的单剪试验,考察树脂种类、混凝土强度、粘结长度等因素对粘结性能的影响.通过描述粘结界面破坏形态,测量BFRP与混凝土界面的应变分布规律,分析界面粘结应力的分布规律.结果表明,当混凝土强度在C20～C40的强度等级范围内,随着混凝土强度等级的提高,有效粘结长度稍微有所减少,可以确定为80 mm.     

纤维复合材料加固初应力下的钢筋混凝土拱分析

摘要： 基于3个钢筋混凝土拱式结构的粘贴纤维复合材料（FRP）加固试验,将混凝土塑性损伤模型、粘结行为、植入技术和模型变更等技术引入到非线性数值分析中,实现了混凝土损伤、FRP 混凝土界面粘贴滑移以及初始荷载等多个关键力学特性的模拟.通过加固试验及数值模拟成果的对比得出,采用截面加固方式的极限承载提高了14.47%,采用体系加固方式其极限承载提高了27.60%,即对于超静定结构,应从体系加固角度着手;开裂荷载的分析误差在7.79%以内,极限荷载的分析误差相对较小,最大仅为4.88%.结果表明,本文数值分析方法可行,能够为今后FRP加固混凝土拱式结构的研究提供依据.     

钢筋-超高性能混凝土界面黏结性能试验

为研究轻薄UHPC构件内钢筋-UHPC界面间的黏结性能,以钢筋直径、黏结长度和保护层厚度为变量设计了多组配筋UHPC拉拔试验,并探讨各设计变量对钢筋-UHPC界面黏结性能的影响.基于试验结果,分析各设计参数对配筋UHPC试件破坏形式、黏结应力-滑移曲线、黏结锚固强度及其对应滑移量等因素的影响.研究表明：钢筋直径、黏结长度和保护层厚度的变化对配筋UHPC界面黏结性能影响较大;极限黏结强度及滑移量随黏结长度的减小而增加,随钢筋直径增加而先增加后降低;随保护层厚度变薄,极限黏结强度降低而滑移量增加.钢筋直径为12 mm和16 mm时,配筋保护层厚度和黏结锚固长度分别不宜小于1.5倍和4倍直径;直径为8 mm的钢筋黏结锚固长度不宜小于3.5倍直径.基于数理统计法归纳的配筋UHPC界面极限黏结强度及临界锚固长度计算式与试验结果误差较小.     

基于线性黏聚力模型的FRP筋锚固长度计算方法

为了研究FRP筋在混凝土中最小锚固长度的一般计算方法,依据应变能等效原则将FRP筋混凝土的黏结滑移曲线转化为线性黏聚力模型,在FRP筋混凝土拉拔试件微分单元受力分析的基础上,推导出了最小锚固长度的计算公式,并通过算例进行了验证和对比分析。算例表明,该计算方法与现有的几种计算方法吻合较好,其计算值相差都在15%以内。不同的黏结滑移模型对FRP筋锚固长度影响不大,最大仅相差8%。结果表明,基于线性黏聚力模型推导的FRP筋在混凝土中最小锚固长度计算公式正确可行。     

抗剪加固用U形纤维布条带预应力系统设计及试验

针对传统纯粘贴纤维增强复合材料(FRP)抗剪加固钢筋混凝土梁技术中,FRP强度利用率低、端部极易发生剥离和被动受力等问题,自主研发了抗剪加固用U形纤维布条带预应力系统.它由锚固装置、张拉装置和转角圆钢3部分组成.详细给出了各部件尺寸的设计方法和预应力施工工艺.设计制作了适用于2层50mm宽FRP的预应力系统,分别进行了1组直线条带的承载力试验和8组抗剪U形条带的预应力损失试验研究.结果表明:预应力系统能够有效锚固FRP并实现拉断破坏,使其强度利用率最大可达到96.1%;各部件尺寸设计方法是安全可靠的;施工工艺能够在确保FRP两侧应力的均匀性和对称性的基础上施加不同大小的预应力值;预应力系统适用于施加244.84 MPa以上预应力值的抗剪FRP,其长期预应力损失比约为15%.     

高温下碳纤维-混凝土界面受剪性能试验研究

分别在4,40,60,80,100,120,140,160,180℃下进行碳纤维-混凝土界面的剪切试验,研究了不同温度下界面破坏形式、温度对胶体及碳纤维的影响,以及黏结强度随温度的变化规律,初步建立了不同温度下的黏结应力-滑移关系.试验结果表明,40℃时的界面黏结强度高于其他温度;40℃后黏结强度随温度升高而降低;温度超过100℃后,黏结强度基本趋于稳定.