玄武岩纤维筋粘结式锚索的力学性能与破坏形式研究

基于10组玄武岩纤维筋(BFRP)粘结式锚索的静载拉伸试验,分析了不同环氧树脂胶粘结介质、锚固形式(锚固段中部索体削细缩颈处理与未削细)和索体束数对锚索力学性能与破坏形式的影响。研究结果表明:玄武岩纤维筋粘结式锚索单束BFRP平均极限承载力达143.85 kN,3束组合情况下极限承载力达389.61 kN,组合后筋材发生效率折减。由于筋材的脆性特征,锚索张拉过程中达极限强度后筋材易发生炸裂式破坏。对于BFRP粘结式锚索,影响锚固端锚固效果的主要因素为环氧树脂粘结介质的抗压强度与弹性模量。当单根BFRP筋端头进行削细缩径处理时,锚索的极限承载力降低。     

GFRP筋抗压力学性能试验研究

设计了GFRP筋抗压试验方案,通过试验研究了不同柔度GFRP筋的抗压力学性能.结果表明:GFRP筋的抗压破坏可以划分为3种,即强度破坏、非弹性失稳破坏和弹性失稳破坏;GFRP筋极限抗压强度小于极限抗拉强度,约为极限抗拉强度的55%;GFRP筋抗压弹性模量比抗拉弹性模量大.在进行GFRP筋抗压力学性能试验时,为防止局部破坏,试件端部应有良好的约束;为确定极限抗压强度设计曲线,应进行试件柔度对临界应力的影响试验.     

高性能纤维增强混凝土与筋材复合体系拉伸性能研究

超高性能混凝土（UHPC）具有优异的抗压强度，而超高延性水泥基复合材料（ECC）具有优良的拉伸应变强化能力，二者均属于高性能纤维增强基材。纤维增强复合材料筋（FRP bar）具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性能好的优点。高性能基体与高强度筋材的结合使用，有望解决传统钢筋混凝土结构的耐久性问题，同时保证结构体系的承载能力。选取力学性能不同的3种基体（普通混凝土、ECC和UHPC）与2种筋材（钢筋、BFRP筋），在其材料性能试验基础上，对其组成的6种配筋复合体系进行了轴拉试验。试验结果表明，复合材料的拉伸性能受多种因素的影响。高性能基材可以有效地提升构件强度，但复合体系的变形能力由基材与筋材中应变能力较弱的一方决定；高性能基材所提供的抗拉贡献和应变软化会导致复合体系提前进入破坏状态，反而降低了体系的延性（拉伸变形能力）。初步证明，基于高性能材料的结构构件设计必须综合考虑材料各自的力学性能和材料间相互作用造成的综合影响。     

SIPs中EPS芯材的力学性能试验

通过对以定向刨花板(OSB)为面板、模塑聚苯乙烯泡沫(EPS)为芯材的不同厚度的结构保温板(Structural Insulated Panels,SIPs)进行抗拉、抗压和双剪切力学试验,得到SIPs中不同厚度EPS芯材的抗拉、抗压和抗剪强度,应力应变曲线和弹性模量。得到以下结论：厚度对SIPs中EPS芯材的抗拉强度影响不显著,厚度的增加对抗压强度有一定加强作用,对抗剪强度有一定减弱作用,不同厚度试件在双剪切破坏时所受弯矩基本相同。     

GFRP筋拉伸力学性能尺寸效应试验研究

通过试验研究不同直径玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的力学性能,并采用基于材料强度Weibull分布的最弱链理论分析其尺寸效应.试验结果表明,GFRP筋极限抗拉强度、抗拉弹性模量和极限延伸率随着直径增大而下降,而屈服应变变化规律则相反.通过试验分析,建立考虑直径变化的GFRP筋应力应变关系及其相关参数同直径的关系;提出了不同直径GFRP筋极限抗拉强度fDtu计算公式.基于最弱链理论分析,得出GFRP筋尺寸效应的主要影响因素是试件的有效区体积.研究表明,GFRP筋拉伸力学性能具有明显的尺寸效应;采用最弱链理论进行尺寸效应分析是可行的,能够预测不同GFRP筋强度,确定其抗拉强度标准值,有助于统一GFRP筋试件的有效长度取用标准,并建议长度范围为试件直径的30~40倍.     

BFRP筋混凝土偏压短柱性能与承载力计算方法

试验通过7根BFRP筋混凝土偏心受压柱力学性能试验,分析破坏形态,测量柱中截面的应变分布、柱中侧向挠度、BFRP纵筋及混凝土的应变.试验结果表明:BFRP筋混凝土偏压柱的破坏特征均为混凝土压碎破坏;正截面应变满足平截面假定;构件的极限承载力随着偏心距的增大而减小,随着单侧配筋率的增大而有所增大;混凝土强度的提高可以显著提高构件的极限承载力.提出了BFRP筋混凝土偏心受压短柱的承载力计算方法,理论公式的计算结果同试验结果相比误差较小.     

高温后玄武岩和玻璃纤维增强 复合材料筋的力学性能

采用MTS万能试验机对不同温度处理后的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋和玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的拉伸和剪切性能进行测试,研究了高温对BFRP筋和GFRP筋力学性能和破坏模式的影响.利用Weibull模型对不同温度处理后BFRP筋和GFRP筋的拉伸强度进行统计分析,采用热重分析仪定量化阐明BFRP筋和GFRP筋的热分解机制.结果表明:高温会导致BFRP筋和GFRP筋发生明显的颜色和形貌变化;BFRP筋和GFRP筋的拉伸强度、极限应变、韧性和剪切强度均随着温度的升高而呈先上升后下降的趋势,而弹性模量变化不明显.与相同温度处理后的GFRP筋相比,BFRP筋的拉伸性能较差,剪切性能较好;BFRP筋和GFRP筋的热分解特性解释了其高温后力学性能的退化机理.     

自密实混凝土的力学性能试验

为进一步了解自密实混凝土的力学性能,进行了自密实混凝土立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、抗折强度和应力-应变全曲线等基本力学性能试验,并在试验基础上,分析了各强度指标之间的相互关系,建立了棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量以及抗折强度与立方体抗压强度之间的关系式.结果表明:试验方法对自密实混凝土的抗压强度有较大影响;自密实混凝土应力-应变全曲线的计算曲线与试验曲线吻合良好.     

冲击荷载下角焊缝动态强度试验研究

对焊喉处受拉和受剪两种受力状态的角焊缝连接件进行动态拉伸试验,研究冲击荷载作用下受力状态对角焊缝破坏形态、断面角度、极限强度的影响规律.并通过与静态力学性能比较发现,动态冲击荷载作用下,角焊缝受拉和受剪极限强度均明显提高,即动态应变率效应显著;受拉角焊缝的破坏面角度均为45°,与静力试验结果(90°左右)有显著差异.角焊缝受拉下的应变率效应比受剪时明显,且角焊缝动态极限强度增大系数随应变率的影响规律与以往文献试验结果一致.     

混凝土力学性能的应变率效应

针对混凝土材料本构关系具有明显的应变率效应,对混凝土材料在不同应变率下的力学性能进行了分析研究。总结了应变率对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量以及临界应变的影响,通过比较各拟和公式预测的动态增大系数以及文献中的试验数据,分析了各公式的适用条件和范围。结果表明：对于混凝土抗压强度,在不同的应变率范围内应采用不同的经验公式;对于混凝土抗拉强度,修正的CEB（欧洲国际混凝土委员会规范）公式与试验数据符合更好;应变率对弹性模量的影响较小,可采用CEB公式计算动态弹性模量;应变率对与极限抗压强度、极限抗拉强度相对应的临界应变值的影响需做进一步的研究。     

酸性环境对岩石力学特性影响的试验研究*

为研究酸性环境对不同岩石力学特性的影响,分别对大理岩及红砂岩进行酸性溶液作用下的腐蚀试验,获得岩样酸性腐蚀过程中相对质量变化规律;同时测量记录酸性溶液p H的变化,并对岩样进行抗压抗拉试验,探讨不同岩石在酸性溶液作用下的力学特性及腐蚀效应。试验结果表明:经酸性溶液浸泡,大理岩表面出现不同程度的斜截面裂纹,红砂岩外表面的薄膜保护层被逐渐融化,无明显的裂纹产生,岩样外体积变化不明显;岩样刚开始浸泡在酸性溶液中时,岩样与酸性溶液发生激烈的化学反应,溶液的pH大幅提升并接近中性;随着浸泡时间的增加,pH改变逐渐减少并趋于稳定;经酸性溶液浸泡后,岩石的质量均呈现不同程度的下降,且大理岩较红砂岩的质量下降更为明显,岩石的单轴抗压强度及抗拉强度均显著下降,单轴抗压强度较抗拉强度下降更为明显,且大理岩的力学性能比红砂岩变化的更为明显。     

夹心保温外墙板连接件力学性能试验

目的研究三种不同形式玻璃纤维筋连接件的弯锚锚固能力、弯锚抗拉强度和弯锚抗剪强度,为使这三种连接件早日应用于夹心保温外墙板实际工程提供依据.方法采用自行设计的多组混凝土试件,首先对玻璃纤维筋进行直锚拉拔试验,然后对三种连接件进行弯锚拉拔试验,最后进行剪切试验,通过试验数据和试验现象分析三种连接件的力学性能.结果璃纤维筋拥有很高的抗拉强度和直锚锚固性能,最大拉应力值高达532 MPa.连接件端部弧度越大,连接件越容易发生剪切破坏,抗拉强度就越低,其中U型连接件的抗拉强度最强.V型(45°)连接件的开裂位移和极限位移最小,U型连接件的开裂荷载和极限荷载最大.结论玻璃纤维筋具有良好的力学性能,可充当预制夹心保温外挂墙板内部一种连接件.     

表面缠绕方式对GFRP筋力学性能的影响

为了解表面缠绕方式对GFRP筋力学性能的影响,制备了直径分别为6,8,10,12,14和16mm,肋间距分别为10,20和30 mm,表面缠绕物分别为尼龙绳、1层玻璃纤维束和2层玻璃纤维束的GFRP筋材,并对GFRP筋进行拉伸性能、压缩性能和剪切性能测试试验.通过对试验现象的观察和试验数据的分析,研究不同表面缠绕方式对GFRP筋抗拉强度、抗压强度和剪切强度的影响及产生这些影响的原因和作用机理.试验结果表明:GFRP筋材肋间距较小时,表面缠绕方式对拉伸性能的影响较大;GFRP筋直径较小时,表面缠绕玻璃纤维带对抗剪性能和抗压性能有明显提高.     

柔性混凝土的抗拉特性及其破坏准则研究

通过极限抗拉强度试验和围压作用下的拉伸试验，研究了柔性混凝土的抗拉破坏特性，研究表明：柔性混凝土与普通混凝土相比，拉压强度比、极限拉应变明显增大；围对抗拉强度影响较小，对拉应变影响较大，当发生拉断破坏时，应以抗拉强度作为破坏准则，当发生剪断时，就以莫尔－库化理论作为破坏准则。     

FRP筋在混凝土腐蚀环境中的应用研究

为了研究FRP筋在混凝土腐蚀环境中的应用,从FRP筋材料力学性能出发,通过与钢筋性能的对比,对FRP筋的抗拉强度、弹性模量以及应力应变关系进行了总结,同时分别分析了FRP筋在水分、温度变化以及碱性环境中其力学性能的变化,并通过构造内力平衡关系对FRP筋混凝土构件在腐蚀环境中的承载力进行了研究。研究表明:FRP筋应力应变关系呈线弹性变化,没有明显的屈服台阶,其抗拉强度比钢筋要大,但是弹性模量较小;当其应用于混凝土结构中时,可以提高结构的抗弯承载力,但在腐蚀环境中工作时,FRP筋的力学性能会发生变化,有效受拉面积也会削减,最终影响了结构的整体抗弯承载力,因此在计算腐蚀环境中FRP筋混凝土构件的抗弯承载力时需要考虑承载力的折减。     

冻结黏土的强度与变形特性及参数研究

为了更全面地分析冻土的强度与变形特性,以皖北某矿取样的原状黏土为研究对象,进行不同温度(-5℃、-10℃、-15℃)下的单轴抗压强度试验和三轴剪切强度试验.试验结果表明,在试验温度下,试样单轴抗压强度的应力-应变曲线为应变软化型;试验条件下,冻土三轴剪切应力-应变曲线可以用双曲线模型描述.随着温度的降低,冻土的单轴抗压强度和弹性模量均增加.初始弹性模量和极限偏应力均与围压呈正相关,与温度呈负相关.冻土的抗剪强度随围压增加而增大,随温度增加而减小.通过冻土三轴试验得到的抗剪强度指标推算单轴抗压强度,可以为人工冻结法施工提供理论依据.     

氯化钠侵蚀混凝土力学性能的试验研究

为研究NaCl环境下混凝土力学性能的退化规律,采用实验室加速腐蚀的试验方法,利用质量分数分别为10%和20%的NaCl溶液对C30混凝土试件进行侵蚀,对腐蚀后混凝土进行了抗拉和抗压力学性能测试。采用强度退化率和应变能损失率为损伤指标,对不同腐蚀程度混凝土力学性能的退化进行分析。结果表明,强度退化率和应变能损失率可以很好地反映混凝土的受腐蚀程度。在腐蚀作用初期,两者略有降低;随着腐蚀时间的延长和腐蚀液质量分数的增加,两者逐渐增加。     

约束条件下CFRP筋单轴抗压性能试验

对约束条件下3种直径的碳纤维增强复合材料(CFRP)筋进行单轴抗压性能试验,分析筋材长细比、直径对抗压强度、极限应变及抗压弹性模量的影响.结果表明:CFRP筋为典型的脆性材料,其破坏形态主要有剪切破坏、劈裂破坏、压碎破坏、屈曲破坏;直径相同的CFRP筋的抗压强度、极限应变及抗压弹性模量均随长细比的增大而降低;当长细比一定时,CFRP筋的极限应变随直径的增大而降低,但直径的变化对抗压强度和抗压弹性模量的影响甚微.     

BFRP约束损伤混凝土轴压试验与应力-应变关系

为研究BFRP(玄武岩纤维增强复合材料)层数、初始损伤对FRP约束混凝土轴压力学性能的影响,对14个素混凝土圆柱体进行轴压预加载,考虑3种初始损伤等级,随后采用3种BFRP层数包裹加固并再次进行轴压试验.试验发现BFRP约束损伤混凝土的极限强度、极限应变分别为未约束混凝土的1.18～1.81倍和5.94～10.55倍;但与BFRP约束完好混凝土比较,其极限强度和初始弹性模量分别下降了7%～15%和38%～55%,极限应变则无明显差别.损伤混凝土经BFRP约束后其抗压强度和变形能力仍得到了改善,但损伤会降低BFRP约束混凝土的强度和初始弹性模量,且降低程度随损伤的增大而更明显.直接套用现有的FRP约束完好混凝土力学模型对损伤结构进行加固设计,会偏于不安全.基于试验结果和收集的文献数据,提出了可以考虑初始损伤影响的BFRP约束混凝土的强度模型、初始弹性模量模型和应力-应变关系模型,模型预测结果与试验结果吻合良好.     

BFRP筋增强生态高延性混凝土的干燥收缩性能

生态高延性混凝土(ecological high ductility concrete, Eco-HDC)具有优异的抗拉性能，可用来浇筑桥面无缝连接板。为避免Eco-HDC收缩引发的开裂问题，采用BFRP筋作为抗裂筋。为结构设计优选BFRP筋保护层厚度，从BFRP筋对Eco-HDC收缩的影响角度，研究保护层厚度对试件干燥收缩的影响，对比分析配BFRP筋与不配筋对Eco-HDC收缩性能的影响。试验结果表明：随着龄期的增加，素Eco-HDC和BFRP筋增强Eco-HDC的干燥收缩均逐渐增加，BFRP筋压应变呈增加趋势，养护1～7 d时增加趋势较为明显，之后增加趋势逐渐变缓；随着保护层厚度的减小，BFRP筋增强Eco-HDC的收缩逐渐增加，BFRP筋压应变也逐渐增大，BFRP筋的约束效果更加明显，但经历45 d后BFRP筋压应变数值差别不大。在桥面无缝连接板施工养护时应注意早龄期7 d内保湿以减少收缩；在结构设计中，优选BFRP筋保护层厚度为25 mm.