HB-FRP布加固混凝土对其界面粘结性能的影响

HB-FRP布加固混凝土的多接触界面组合作用导致其界面粘结性能较为复杂.在试验研究基础上,建立了考虑混凝土塑性损伤、界面粘结的HB-FRP加固数值计算模型;对比分析了荷载-滑移关系、界面应变分布、粘结滑移关系和界面破坏形态;进行了FRP层数和机械锚固件间距的参数分析.研究结果表明:数值计算模型能可靠地反映HB-FRP加固界面粘结特性,HB-FRP加固能够有效抑制剥离发展;机械锚固件位置粘结滑移关系呈现典型的弹性上升、软化下降、残余平台三段线特征,粘结应力最后趋于稳定而不是降为零;机械锚固件位置的破坏面呈"楔形",剥离厚度大于普通FRP粘结部位; FRP厚度超过5层后张拉承载力才开始增加;张拉承载力不会随着机械锚固件间距的减小而持续增加,机械锚固件间距为250mm时,能够充分发挥HB-FRP加固模式的加固效率,为等厚度普通FRP粘结的4. 2倍.     

花纹钢管混凝土黏结滑移本构关系试验研究

为了对花纹钢管混凝土黏结强度和黏结滑移本构关系问题进行研究,文章考虑钢管花纹凸起高度和混凝土强度的变化,进行了9个花纹钢管混凝土试件的推出试验。根据荷载-自由端滑移曲线的试验结果,建立了花纹钢管混凝土特征黏结强度的统计回归公式,分析了花纹凸起高度和混凝土强度对特征黏结强度的影响,并提出典型的花纹钢管混凝土基准黏结滑移本构关系数学模型:-Sf曲线本构关系模型。根据典型的-Sf曲线特点,将曲线划分3个阶段,并对3个阶段采用不同曲线进行拟合描述。研究结果表明:花纹钢管的花纹凸起高度对特征黏结强度有显著影响;采用典型的-Sf曲线模型能够很好地拟合试验曲线。试验结果可为花纹钢管混凝土黏结滑移性能和花纹钢管混凝土结构数值模拟提供参考。     

型钢轻骨料混凝土黏结滑移性能试验研究

通过推出试验,研究型钢轻骨料混凝土黏结滑移性能.采用正交试验设计,考虑了轻骨料混凝土强度、型钢埋置长度、保护层厚度、横向配箍率等因素对黏结滑移性能的影响.根据试验结果,统计回归了特征黏结强度和特征滑移值计算公式;提出了型钢轻骨料混凝土平均黏结应力于和加载端滑移SL的本构关系数学模型.研究结果表明:型钢埋置长度la与型钢截面高度d的比值和轻骨料混凝土强度对黏结强度影响较显著;型钢轻骨料混凝土相对于型钢普通混凝土有较小的黏结强度和较陡的荷载滑移下降段.     

碳纤维板-混凝土界面黏结性能的试验研究与有限元分析

碳纤维板与混凝土的界面黏结性能是碳纤维加固混凝土结构的关键性能之一,对加固结构的力学行为和破坏形态等有着重要影响.进行了4个试件的碳纤维板-混凝土黏结双面剪切试验,研究了设置不同粘贴长度的试件的界面力学行为和破坏模式,分析了黏结长度对界面极限承载力和应力分布的影响.试验结果表明:加载点附近应力远大于端部应力,板端黏结界面剪应力沿板长方向大致呈指数衰减分布.在试验研究基础上,在ANSYS中采用正交弹簧单元组模拟界面黏结,建立了试件的有限元模型,并采用试验分析得到的局部黏结滑移曲线关系作为有限元模型中的界面弹簧单元刚度,计算发现有限元分析结果和试验结果比较吻合,从而验证了本文有限元模型的有效性.以本文试验得到的黏结滑移曲线关系为基础,通过拟合得到了基于几种经典黏结滑移本构形式的界面本构模型.试验及有限元分析表明:当拉伸应力超过碳纤维板强度的24%时,碳板已开始从混凝土表面剥离.为保证充分利用碳纤维板的强度,应采用可靠锚具对碳纤维板进行锚固.     

高温下型钢混凝土黏结滑移性能研究

高温下型钢与混凝土之间的黏结滑移对型钢混凝土结构高温下的力学性能具有重要影响,为了研究高温下型钢混凝土的黏结强度与滑移特性,进行18个高温下型钢混凝土短柱推出试验及3个常温下的对比试验.试验结果表明:高温下型钢混凝土短柱试件的荷载-滑移曲线与常温下大体相似,分为上升段、下降段、残余段.随着温度的升高和最高温度持续时间的增大,型钢与混凝土之间的极限黏结强度和残余黏结强度不断降低,与极限黏结强度相对应的滑移减小,与残余黏结强度项对应的滑移加大.在试验结果基础上,构建了高温下型钢混凝土黏结滑移本构模型,提出了本构模型中极限黏结强度、残余黏结强度及相应滑移的计算方法,计算结果与试验结果基本相符,研究成果为高温下型钢混凝土构件考虑黏结滑移影响的数值模拟分析提供了条件.     

栓钉与拉结筋对圆钢管混凝土黏结性能的影响

为研究栓钉与拉结筋构造对圆钢管与高强混凝土黏结-滑移性能的影响,设计了15个大尺寸圆钢管高强混凝土试件并进行了推出试验.钢管内部采用无构造、栓钉、拉结筋等构造措施,核心区混凝土采用C60和C70普通混凝土或C60再生混凝土.通过推出力、滑移位移和钢管应变,分析了不同参数对黏结性能的影响,阐述了滑移破坏全过程的作用机理,并给出了栓钉与拉结筋构造抗剪承载力的计算方法和界面本构关系.结果表明:采用栓钉构造与拉结筋构造可大幅度提高黏结强度和耗能能力,无构造措施下钢管再生混凝土的黏结性能比同强度普通混凝土更好,提出的栓钉与拉结筋抗剪计算方法与试验结果符合较好.     

钢纤维混凝土的本构模型及力学性能分析

为充分研究钢纤维混凝土的力学性能,基于混凝土的弥散开裂模型,并考虑纤维与混凝土之间的黏结作用,建立了新的钢纤维混凝土本构模型.在模型中分两种情况考虑纤维作用,混凝土开裂前,纤维与混凝土完全黏结,服从复合材料理论;混凝土开裂后,将分别考虑混凝土和钢纤维的贡献.通过黏结滑移模型,计算钢纤维在混凝土中脱黏和拔出过程中,纤维对开裂后混凝土的增强作用.采用Fortran编程,利用有限元软件ABAQUS中提供的子程序Umat,将提出的本构模型引入ABAQUS,并用于有限元模型去模拟钢纤维混凝土的拉伸和四点弯曲试验.通过数值模拟结果和试验数据的对比,充分验证了所提出的钢纤维混凝土本构模型的准确性.并对钢纤维混凝土的受拉强度、残余强度、受弯强度以及韧性等力学性能进行详细的分析.     

变形钢筋与高强轻骨料混凝土的黏结-滑移性能

研究变形钢筋与轻骨料混凝土间的黏结-滑移性能,完成了9组中心拉拔试验,分析了轻骨料混凝土强度、锚固长度、粗骨料类型及钢筋的直径对黏结应力的影响.结合试验结果,采用厚壁模型,给出了轻骨料混凝土黏结强度的解析解,并建立了钢筋与轻骨料混凝土间的黏结应力-滑移曲线本构模型.结果表明:轻骨料混凝土的黏结-滑移性能主要受砂浆强度影响,使得该类混凝土与变形钢筋间的黏结应力优于普通混凝土;黏结强度随着轻骨料混凝土的强度提高而增加,随着黏结长度的降低而增加;本文提出的本构模型能够较为准确地预测试验曲线.     

再生粗骨料取代率对圆不锈钢管再生混凝土黏结性能的影响

为研究圆不锈钢管再生混凝土黏结性能,考虑再生粗骨料取代率不同设计了5个圆不锈钢管再生混凝土试件进行往复推出试验。根据试件破坏现象、黏结强度-滑移量曲线及荷载-钢管应变曲线等,分析试件黏结界面处的传力机制、黏结破坏类型、极限黏结强度及对应的滑移量。研究表明:黏结强度-滑移量曲线呈三段式分布,反复加载对黏结强度影响较大,黏结强度随再生粗骨料取代率的提高而逐渐降低。通过回归分析提出考虑再生粗骨料取代率、混凝土强度两个参数的黏结强度实用计算公式。     

CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能

碳纤维增强复合材料(CFRP)广泛用于结构构件的加固和修复。为了进一步了解CFRP加固混凝土结构的力学特性,本文针对CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能,开展准静态拉伸-剪切试验研究,得到界面剪应力-位移曲线和CFRP应变分布以及CFRP-混凝土界面的剪切破坏形态;揭示了CFRP-混凝土界面剪切滑移破坏机理;建立了CFRP-混凝土界面精细化有限元分析模型。分析结果表明:在界面剪力作用下,加固试件会发生界面混凝土脆性剪切破坏,CFRP和环氧树脂黏结层则无明显损伤,界面剪切强度由混凝土抗剪强度控制;监测CFRP初始应变分布无法预测破坏面;即使设置非黏结区,混凝土试件端部仍然被拉下三角形块体,其大小受有效黏结区影响;在黏结区与非黏结区交界处,CFRP的应变随荷载呈线性增大;有效黏结长度为粘贴长度的51%;建立的数值计算模型也得到了试验结果的验证。     

型钢混凝土不同界面的黏结性能及锚固设计

为了研究不同界面型钢混凝土的自然黏结性能,设计4个试件进行静力单调推出试验,试件分别考虑了型钢外翼缘、内翼缘、腹板以及全截面与混凝土黏结时的4种不同情况,通过试验观察了各试件的受力破坏过程和形态,获取了荷载-滑移曲线、极限黏结强度等参数,分析了型钢不同界面与混凝土的黏结强度;此外,为了深层次研究型钢混凝土构件的黏结锚固性能,设计了3个焊接栓钉的型钢混凝土试件进行静力单调推出试验,试件分别考虑了栓钉仅焊接在型钢外翼缘、腹板、以及外翼缘和腹板均焊接3种不同情况,获取了焊接栓钉后型钢混凝土试件的黏结滑移性能,分析了不同位置处焊接栓钉对型钢混凝土黏结性能的影响,最后分别推导并建立了型钢混凝土构件仅考虑自然黏结以及焊接栓钉时的最小锚固长度计算公式.研究结果表明,不同界面型钢混凝土的自然黏结强度不相等,腹板处黏结强度最小,外翼缘次之,内翼缘最大,三者的比例关系为1∶1.39∶1.59;栓钉焊接位置对黏结性能有影响,腹板处焊接栓钉比在翼缘处焊接栓钉试件的延性更好.     

胶结层含石英砂的黏钢加固混凝土界面黏结滑移本构关系研究

分别以石英砂掺入量不同的结构胶为黏结剂,制备多组黏钢加固混凝土试件,通过对所制试件进行双面剪切试验,得到各组试件的破坏模式、界面承载力以及不同荷载水平下钢板表面的应变分布。针对试验结果展开理论分析,在考虑钢板、混凝土构件宽度比以及混凝土抗拉强度等因素的基础上,对Nakaba黏结滑移模型进行修正,获得更适用于胶结层含石英砂的钢板-混凝土界面黏结滑移本构关系分析模型。     

粗糙度对FRP-混凝土界面黏结性能的影响

为了揭示混凝土表面粗糙度对FRP-混凝土界面黏结性能的影响,以灌砂法实现混凝土表面的粗糙度量化评定,完成了6种界面粗糙程度的FRP-混凝土试件界面的单剪试验,探讨了混凝土表面粗糙度对FRP-混凝土界面极限黏结力、黏结强度以及黏结滑移曲线的影响规律.研究结果表明:粗糙度为0.44的试件界面黏结性能最好,极限黏结力和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%～51%和124%～221%.文中还建立了基于粗糙度参数的界面有效黏结长度计算模型,发现有效黏结长度在6种界面上随粗糙度的增加总体呈降低的趋势;粗糙度小于0.56时,试件界面黏结滑移曲线在脆性区间的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越窄,而在塑性阶段,6种界面试件的黏结滑移曲线以不同斜率下降,最终发生剥离破坏时的滑移值为0.04～0.37 mm.     

钢与混凝土界面的基本物理参数测试

为定量了解组合梁中钢与混凝土界面上粘接力及摩擦系数等基本物理参数的大小,通过一系列试验测试了工程上常用的钢与混凝土界面涂装形式的黏结强度和摩擦系数.设计制作了16组试件测试钢与混凝土之间的抗剪黏结强度,考虑了试件界面尺寸效应、不同界面涂装形式及不同的法向压力的影响;设计制作了6组试件测试不同界面涂装形式下的钢与混凝土界面抗拉黏结强度;设计制作了6组试件测试了不同界面涂装形式下钢与混凝土界面的静、动摩擦系数.研究表明:界面尺寸效应对钢与混凝土界面的强度影响不大;界面涂装形式对界面的黏结强度影响较大,抗剪强度在0.04~0.28 MPa之间,抗拉强度在0.38~0.82 MPa之间,静摩擦系数在0.73~1.06之间,动摩擦系数在0.5~0.74之间;法向压力对界面的剪切黏结强度影响较大,且满足库仑摩擦模型.     

纤维网格增强混凝土复合材力学性能

纤维网格增强混凝土（TRC）是以纤维编织网格为加强材料，以聚合物砂浆为基体的新型复合材料，其力学性能受到不同纤维网格股数和层数的明显影响。为研究这种新型复合材料的力学性能和与其所加固混凝土间的黏结滑移性能，进行了不同股数和不同层数的纤维网格拉伸试验和TRC复合材拉伸试验，以及不同网格层数的TRC?混凝土界面黏结滑移试验，建立了随层数和股数变化的纤维网格拉伸本构模型、TRC复合材拉伸本构模型、TRC?混凝土界面黏结滑移本构模型，为后续研究和工程应用提供理论依据。     

建立表层嵌贴FRP板条-混凝土界面黏结-滑移模型的方法

提出一种建立表层嵌贴纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)板条-混凝土界面黏结-滑移模型的高精度数值分析方法.通过该方法,仅利用相关试验中施加的各级荷载值,及其对应的FRP板条加载端与自由端的滑移值,即可确定黏结-滑移模型中的各待定参数.通过MATLAB编程实现了该数值分析方法,并通过一系列拉拔弯曲黏结节点试验数据验证了该方法的可靠性,进而分析了混凝土强度、FRP板条黏结长度等因素对黏结-滑移模型的影响.最后利用得到的界面黏结-滑移模型,探讨了表层嵌贴FRP板条加固混凝土梁的裂缝计算问题.     

钢-再生混凝土界面黏结机制及强度计算方法

为研究型钢、钢管与再生混凝土界面黏结作用机制,采用服役超50a的混凝土作为再生粗骨料来源,设计了31个试件进行推出试验,试验考虑了配钢形式、再生粗骨料取代率、长径比及混凝土强度等级4个变化参数对钢-再生混凝土黏结性能的影响.试验获取了各试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线,并基于实测结果得到了3种钢与再生混凝土的界面黏结强度,分析了各变化参数对黏结强度的影响,探讨了钢-再生混凝土界面黏结强度的计算方法,推导了黏结剪力传递长度的计算公式.研究结果表明,钢-再生混凝土试件的加载端起滑均比自由端发展得早;型钢试件的黏结强度大于圆钢管试件,而圆钢管试件又大于方钢管试件;随再生粗骨料取代率的增加,试件的黏结强度略呈增大之势;随着混凝土强度的提高,试件的黏结强度有一定提高;方钢管与再生混凝土的黏结强度随长径比的增大而减小.     

混凝土随机损伤本构关系--单轴受压分析

在混凝土受拉随机损伤本构关系研究基础上 ,进一步研究了混凝土单轴受压随机损伤本构关系 .通过考虑混凝土内部各组项的影响 ,建立了混凝土单轴受压损伤机理模型 .通过引入混凝土细观单元受拉破坏应变分布随机场 ,根据混凝土破坏过程的能量守恒原理 ,导出了混凝土受压破坏的随机损伤本构方程 .将导出的理论结果与试验研究进行了对比 ,效果良好 .     

混凝土细观扩展有限元法建模及宏观力学性能估算

混凝土内部的界面过渡区是材料的薄弱环节,一定程度上控制着混凝土材料的宏观力学性能,在界面应力和界面相对位移的框架下描述界面过渡区的本构行为,首先在界面应力空间下构建一个能够综合反映界面过渡区纯拉、拉剪和压剪加载下的初始开裂滑移面,然后通过两个独立的断裂能释放率参数:I型断裂能释放率和渐进II型断裂能释放率,来控制开裂滑移面的后继软化过程,建立了界面过渡区的摩擦剪胀型本构模型.并把该本构模型嵌入到扩展有限元的模式下,建立了能够反映界面过渡区复杂力学行为的扩展有限元模型.将建立的扩展有限元模型应用到混凝土细观数值模拟中去,探究了界面过渡区的初始界面刚度、峰值强度和断裂能释放率对混凝土宏观力学性能的影响规律.     

基于两参数的FRP-混凝土界面黏结滑移本构关系研究

为了解决纤维增强复合材料(FRP)-混凝土(以下简称RC)界面应力-滑移本构关系中参数多,且不利于工程测量的问题,设计一组具有不同混凝土强度(C30、C40、C50)且每一强度有6种不同界面粗糙程度的混凝土试件共计54个,通过单剪试验,并结合118组已有试验数据对界面参数进行精简,选择了更适合工程应用的两参数来表达RC界面本构关系.结果表明:采用改进后的两参数(混凝土抗压强度f_c、混凝土表面粗糙度f_i)来反映C30、C40、C50的RC界面黏结应力-滑移本构关系要优于现有大多数模型,f_c对本构关系的贡献要大于f_i.所提本构关系理论计算值小于实测值,最大误差为9%,具有一定安全储备,有利于工程实际应用.