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.     

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。     

高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土 的界面黏结性能试验研究

为研究高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土界面间的黏结性能,设计22个圆钢管试件进行高温啧水冷却处理后的静力推出试验,主要考虑混凝土强度、历经最高温度、锚固长度、恒温时长和冷却方式的影响.通过试验揭示了高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土界面黏结失效机理,分析了各变化参数对其黏结性能的影响,并提出高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土黏结强度的计算公式.结果表明:高温喷水冷却后试件加载端与自由端的荷载滑移曲线变化趋势基本相似,并可将其分为三类典型曲线;推出试验中钢管外表面应变与距加载端的距离呈指数关系分布;高温啧水冷却后,试件的黏结强度随混凝土强度的增大变化较小,与锚固长度成反比,恒温时长大于60 min后基本稳定,随历经最高温度的升高,极限黏结强度先增大后减小再增大,残余黏结强度先增大再减小;与自然冷却试件相比,啧水冷却试件的极限黏结强度、残余黏结强度与剪切黏结刚度均较小,界面耗能能力较大.运用文中所提出的黏结强度计算公式算得的结果与试验值吻合良好.     

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结性能梁式试验有限元分析

目的研究钢筋与再生混凝土梁式试件在不同冻融循环次数下的黏结性能,为再生混凝土结构的设计与使用提供借鉴.方法基于有限元软件ABAQUS中的接触法,建立以再生混凝土冻融损伤变量为参数的冻融损伤模型,以实际钢筋与再生混凝土黏结滑移梁式试验为基础,扩大试验参数范围,对冻融循环后的再生混凝土梁式试件进行黏结滑移数值模拟分析.结果使用接触法模拟钢筋与再生混凝土黏结滑移具有一定的可行性,数值模型结果与试验结果基本吻合,各模拟曲线与试验曲线整体趋势基本相似;在扩大参数范围后的模拟中,极限荷载随着冻融次数的增加而降低,冻融次数每增加50次,试件极限荷载下降约7%.结论再生混凝土在同一强度等级下,随着冻融循环次数的增加,极限荷载逐渐降低,冻融损伤逐渐增大,强度越低,冻融损伤越严重;当冻融循环次数与测试钢筋直径一定时,极限黏结荷载随钢筋锚固长度的增大而增大.     

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。     

钢绞线网增强ECC与混凝土界面黏结性能试验研究

为研究钢绞线网增强ECC与混凝土界面黏结性能，以混凝土强度、界面黏结长度、界面黏结宽度和界面处理方式为参数，共设计制作9组27个试件.基于梁铰式界面黏结性能试验，探究了各设计参数对界面黏结性能的影响规律，结果表明：受界面处理方式影响，试件产生3种破坏形态：界面剥离、钢绞线断裂及混凝土劈裂破坏.钢绞线网增强ECC与混凝土界面承载力随混凝土强度和界面粗糙度的增大而增大，在试验参数设计范围内提高约70%;界面黏结宽度的增大虽不会影响界面承载力，但使界面峰值黏结应力由1.65MPa降低至1.04MPa,降幅达35%;界面黏结长度对界面峰值黏结应力影响较小，但在有效黏结长度范围内，界面承载力随其值增大而提高.     

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.     

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.     

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.     

钢管轻集料混凝土组合界面黏结滑移性能

通过对27根钢管轻集料混凝土试件的推出试验,研究了钢管轻集料混凝土黏结滑移的发展过程及破坏机理,考察了影响钢管轻集料混凝土黏结强度的因素;并对其中的4个试件进行了反复推出试验,研究了循环荷载对黏结强度的影响.初次推出试验表明:养护方式和浇筑方式对钢管轻集料混凝土组合界面的黏结强度有一定的影响;钢管内壁越粗糙,黏结强度也越大;轻集料混凝土强度对黏结强度影响不大;在试件的参数范围内,黏结强度随长细比和径厚比增长而降低.反复推出试验的结果表明:初次推出的承载力最大;同一方向推出次数增加,钢管轻集料混凝土的黏结破坏荷载和黏结强度均会降低.     

型钢外包活性粉末混凝土(RPC)的界面黏结性能

进行了6个试件的型钢外包活性粉末混凝土(RPC)短柱推出试验,分析了活性粉末混凝土(RPC)与型钢界面的破坏过程和黏结机理,得出了沿锚固长度方向黏结应力的分布规律。提出了界面黏结强度的计算方法。探讨了影响黏结性能的主要因素。基于试验结果给出了型钢外包活性粉末混凝土(RPC)界面极限黏结力的计算公式,且计算结果与试验结果吻合良好。研究成果为型钢外包活性粉末混凝土(RPC)结构计算理论建立以及有限元分析提供了试验依据。     

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.     

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.     

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.     

方钢管再生混凝土粘结滑移性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土的界面粘结滑移性能,利用废弃混凝土作为再生粗骨料制作了10根方钢管再生混凝土短柱试件,并对其进行推出试验研究,试验中考虑了混凝土强度等级、埋置长度和再生粗骨料取代率3个变化参数的影响,获取了方钢管和再生混凝土界面之间的荷载—滑移曲线,分析了各变化参数对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响。研究结果表明:方钢管再生混凝土荷载—滑移曲线大致经历了4个阶段,即无滑移阶段、应力上升阶段、应力突变阶段及应力下降阶段;取代率对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响较小,但埋置长度较小试件的起滑和极限粘结强度比埋置长度较大试件的大;混凝土强度对其二者影响较大。     

GFRP筋与C15混凝土之间黏结强度的试验研究

基于12个拉拔试件的黏结试验,对GFRP筋与C15混凝土之间的黏结滑移特性、受力过程、破坏形态、破坏机理、黏结强度以及锚固长度等进行了研究.结果表明:GFRP筋试件的黏结应力下降到其黏结强度的8%~13%后,出现规律性的波动,而相应钢筋试件的黏结应力下降到20%~30%后基本保持不变;GFRP筋与C15混凝土之间的黏结强度较低,6.35 mm直径的GFRP筋,其黏结强度比相应的钢筋低8%,9.5 mm直径的GFRP筋,其黏结强度则比相应的钢筋低37%;GFRP筋试件的黏结应力达到黏结强度时,GFRP筋的滑移值为3~5 mm,而相应钢筋的滑移值为1~2 mm.文中还提出了GFRP筋与C15混凝土之间黏结强度以及GFRP筋锚固长度的设计建议.     

基于粘性理论的FRP-混凝土界面性能分析方法

为深入研究FRP-混凝土界面剥离破坏机理,弥补试验观测手段的不足,基于9组双剪切模型试验,应用数值分析方法,将混凝土塑性损伤模型、Cohesive behavior和界面双线性粘贴-滑移模型应用到分析中,实现了混凝土损伤、FRP-混凝土界面滑移的模拟。研究结果表明:未进行深度处理的构件,其极限荷载值均偏小,FRP强度利用率最大仅为48.31%。增加FRP粘贴层数可以有效提高极限荷载,但同时FRP材料强度利用率却明显降低;本文分析方法得到的极限荷载与试验值较为接近,最大偏差在10%左右;FRP-混凝土界面开裂的深度约为1cm,损伤宽度为FRP粘贴范围的1.5~2.0倍;界面峰值应力处的滑移量约为0.5~0.7mm,极限滑移量为1.5~2.0mm。通过与实测值比较,验证了本文方法的可靠性和科学性,弥补了试验测试手段的不足。     

高温后植筋黏结滑移力学性能试验

对在不同受热温度和不同加载制度下混凝土构件中2种锚固长度植筋的黏结滑移力学性能进行了试验.植筋的锚固长度分别为7倍和15倍植筋直径,受热温度分别为50℃,80℃,150℃和200℃.加载制度考虑单向拉拔和反复加载.分析了加载制度、锚固长度和加热温度对植筋试件的极限黏结应力和极限滑移的影响.结果表明,不同条件对植筋试件的黏结滑移力学性能有显著影响.根据试验结果给出了高温后植筋试件黏结应力的计算方法.     

开孔板加劲型压型钢板加固混凝土界面黏结-滑移机理

为研究开孔板(perfobond leiste,PBL)加劲型压型钢板加固混凝土界面黏结-滑移机理,首先设计了3组试件进行推出试验,分析了其破坏形态、极限荷载值和滑移量,然后在试验基础上建立了有限元模型,分析了PBL连接件极限荷载值的影响参数.研究结果表明:PBL连接件破坏分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段3个阶段,试件破坏时混凝土出现贯通裂缝,底部混凝土剥落,试件为混凝土剪切破坏,且为延性破坏.影响PBL连接件极限承载力的参数主要有贯穿钢筋、黏结摩擦力、混凝土强度、开孔直径和PBL厚度,其中贯穿钢筋影响最明显,有贯穿钢筋的试件比无贯穿钢筋的试件极限承载力提高了约73.8％,贯穿钢筋也可以提高极限滑移量,增加延性.黏结摩擦力通常作为安全储备,混凝土强度和开孔直径的增加也可显著提高极限承载力,而PBL厚度影响不显著,开孔钢板强度对极限承载力基本无影响.     

型钢混凝土应力传递与黏结破坏机理分析

以型钢混凝土标准推出试验为基础,分析型钢与混凝土之间的黏结性能与应力传递。在考虑型钢与混凝土之间三维空间黏结作用效果的基础上,建立推出试验的力学桁架模型,该桁架模型可以较好地反映型钢混凝土各种黏结破坏形态的破坏机理。混凝土强度、型钢翼缘的保护层厚度、配箍率、型钢的锚固长度是影响型钢与混凝土之间黏结强度的主要因素,利用桁架模型分析了这些因素对黏结强度的影响,得出以下结论:黏结强度随着混凝土强度的增大而提高;随着型钢翼缘保护层厚度的增加,混凝土保护层所能承担的拉力逐渐增大,极限荷载和黏结强度相应提高;配箍率的增加可以有效提高黏结破坏后的残余黏结力;随着型钢锚固长度的增加,试件能承受的极限荷载增大,型钢与混凝土接触面的黏结强度减小。