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。     

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.     

销钉用于HPF加固混凝土构件的界面黏结性能

为了对HPF加固混凝土构件界面黏结性能进行研究,通过外包HPF加固混凝土试件的双面剪切试验,研究了修补界面所植入抗剪切销钉对界面黏结性能的影响.试验结果表明,植入销钉能够有效提高界面的黏结性能,提高试件抗剪承载力.销钉因素对界面黏结性能的灰关联分析表明,钢筋的级别对界面黏结性能的影响最大,其次是植入销钉的数量,再次是销钉的直径大小.     

承重型横孔连锁混凝土砌块砌体的抗剪性能

为研究承重型横孔连锁混凝土砌块砌体的抗剪性能,采用3种块型的砌块制作了砌体抗剪试件.每种块型的砌块试件均以3种砂浆强度为变量.首先对试件进行了静力剪切加载试验,观察试验现象,记录剪切破坏荷载.然后分析了影响砌体抗剪强度的主要因素,并和其他混凝土砌块砌体抗剪强度的试验结果以及规范计算值进行了对比.最后提出了考虑有效黏结面积计算混凝土砌块砌体抗剪强度的方法.研究结果表明:承重型横孔连锁混凝土砌块砌体的剪切破坏均为砂浆与混凝土砌块接触面的黏结剪切破坏.计算砌体抗剪强度时,应采用砂浆与砌块接触面的有效黏结面积;在此基础上,提出了承重型横孔连锁混凝土砌块砌体抗剪强度的计算方法,该方法不但可以准确计算该砌块砌体的抗剪强度,而且可以计算其他类型混凝土砌块砌体基于黏结剪切破坏的抗剪强度.     

锈蚀植筋下新老混凝土黏结面压剪试验研究

为研究锈蚀植筋下新老混凝土的黏结性能,采用某工程锈蚀钢筋作为植筋,制备了不同植筋率(0、0.223％、0.446％、0.502％、0.893％、1.004％、1.396％、1.786％和2.792％)的新老混凝土试件.在RYL-600微机控制岩石伺服剪切流变仪上进行了不同初始静压力(0、1、2、3和4 MPa)下混凝土试件的剪切试验.对试件的剪应力-位移曲线进行了归纳总结,得到了锈蚀植筋下新老混凝土试件在外力作用下产生变形乃至破坏的演化规律;分析了锈蚀植筋下新老混凝土黏结面的抗剪强度,得到了抗剪强度随植筋率及初始静压力变化的规律.同时根据试件试验破坏结果,着重分析了不同植筋率和不同初始静压力对其破坏模式的影响.试验结论为新老混凝土力学性能的研究提供了理论依据.     

特定环境下FRP与混凝土正拉黏结性能试验研究

通过纤维增强塑料(FRP)与混凝土试件的正拉黏结强度试验来研究碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环下FRP与混凝土之间的黏结耐久性.碳化、干湿循环作用后,CFRP与GFRP试件的正拉黏结强度有一定提高,表明这两种复合材料体系可以用来加固碳化、盐溶液干湿循环作用地区的混凝土结构.冻融循环作用达到一定循环次数后,正拉黏结强度随着冻融循环次数增加逐渐降低,这与冻融降低了混凝土强度有关,冻融循环对复合材料与混凝土的黏结界面也有不利影响,因此这两种复合材料体系用于加固承受冻融作用的混凝土结构时,需要考虑耐久性问题.     

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.     

自密实混凝土与老混凝土粘结抗剪性能试验研究

对9组27个山形试件的自密实混凝土与老混凝土粘结面进行抗剪试验,考察刻槽密度、粘结面积、植筋对自密实混凝土与老混凝土粘结面抗剪强度的影响.试验结果表明,粘结面的不同处理方法对其抗剪强度影响较大,增大刻槽密度效果远好于增加新老混凝土的粘结面积,植入抗剪钢筋效果不如增大刻槽密度明显.通过试验分析,得出自密实新混凝土与老混凝土粘结抗剪强度计算式,为实际加固工程提供参考.     

双面叠合试件界面抗剪性能试验研究

通过6个双面叠合试件剪切性能试验,研究不同界面连接钢筋形式下叠合面的抗剪特性.试验结果表明,双面叠合构件均发生叠合面的剪切破坏,叠合面的裂缝出现过程并不同步,在叠合面裂缝出现之前,叠合试块整体性保持良好;叠合无筋构件呈明显的脆性破坏特征,破坏过程中改进的箍筋连接构件的延性优于传统的桁架连接构件;通过理论分析确定叠合面的破坏机理即新老混凝土界面的极限抗剪强度由混凝土黏结力、摩擦力和界面钢筋的销栓力共同作用,然而极限状态时界面的黏结力已经有一定程度的破坏,在计算极限承载力时并不能用三者的最大值简单相加.     

双面叠合试件界面抗剪性能试验

通过6个双面叠合试件剪切性能试验,研究不同界面连接钢筋形式下叠合面的抗剪特性.试验结果表明,双面叠合构件均发生叠合面的剪切破坏,叠合面的裂缝出现过程并不同步,在叠合面裂缝出现之前,叠合试块整体性保持良好;叠合无筋构件呈明显的脆性破坏特征,破坏过程中改进的箍筋连接构件的延性优于传统的桁架连接构件;通过理论分析确定叠合面的破坏机理即新老混凝土界面的极限抗剪强度由混凝土黏结力、摩擦力和界面钢筋的销栓力共同作用,然而极限状态时界面的黏结力已经有一定程度的破坏,在计算极限承载力时并不能用三者的最大值简单相加.     

不同界面下梁端直剪型锚栓钢板剪切承载力试验研究

开展梁端直剪型锚栓钢板剪切承载力加固试验研究。试验序列包含1个对比试验段、5个剪切承载力加固试验段。试验参数包括界面条件和钢板高度。结果表明：受力过程中钢板与混凝土之间的黏结界面终会剥离，不同黏结界面不影响剪切承载力；增加钢板高度和配套的直剪型锚栓数量能有效提高混凝土梁的剪切承载力。直剪型锚栓钢板剪切承载力加固存在2种机制，约束机制通过限制斜裂缝宽度提高剪切承载力，而组合受力机制通过钢板将一部分剪力直接传入支座。加固钢板高度较小时以约束机制为主，加固钢板高度较大时，2种加固机制联合发挥作用。     

环保型裂缝修复材料对混凝土抗碳化性能的影响

混凝土碳化会导致混凝土中的钢筋脱钝,从而引起钢筋锈蚀,最终影响到混凝土结构的耐久性。该文对环保型裂缝修复材料处理试件进行了抗碳化性能试验。试验结果表明：相比普通混凝土试件,ECRM处理后试件的碳化深度减小,且混凝土碳化速率提前出现下降趋势,ECRM能有效增强混凝土的抗碳化能力。     

FRP抗剪加固混凝土梁中间裂缝的扩展过程

基于单剪试验模型,采用割线形式卸载的双线性剪切-滑移本构关系对FRP侧面黏贴抗剪加固混凝土梁的界面破坏过程进行了研究,详细分析了中间裂缝的扩展过程.首先依据裂缝两侧不同的黏结长度分布对裂缝进行详细分类,在此基础上绘制了详细的界面破坏流程图,推导得出了每一类裂缝每一阶段裂缝处的正应力和裂缝宽度的解析表达式,由此得到了界面破坏过程中裂缝处的正应力与裂缝宽度关系曲线,通过构造的有限元模型对文中的算例进行了数值模拟,验证了理论推导的准确性和可靠性.     

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.     

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.     

混凝土裂缝宽度和深度对裂缝表面碳化的影响

为研究混凝土裂缝宽度和深度对裂缝表面混凝土碳化的影响,制作了带裂缝的钢筋混凝土试件并进行了碳化试验研究。研究采用碳化时未开裂的试件、裂缝近似贯通的试件、裂缝未贯通的试件的横断面,其中裂缝近似贯通试件、裂缝未贯通试件的横断面即为裂缝开裂断面。对于裂缝近似贯通和未贯通的试件,通过对比裂缝的宽度、深度和裂缝表面混凝土的碳化情况,并与未开裂试件断面混凝土碳化情况进行对比分析。研究结果表明,裂缝宽度对于混凝土裂缝表面的碳化几乎没有影响,表面碳化主要与裂缝深度有关。本文对混凝土开裂部位的耐久性研究仅以裂缝表面宽度为依据进行的方法提出了不同看法,建议将混凝土裂缝宽度和深度列为同等重要的研究依据。     

内嵌FRP筋加固混凝土梁的抗剪性能研究

目的探究内嵌FRP筋加固混凝土梁的抗剪性能和剪切延性性能,建立加固梁的抗剪承载力计算公式,为加固梁抗剪加固的应用提供理论依据.方法对7根内嵌FRP筋加固混凝土梁和2根对比梁进行抗剪性能试验,分析其破坏模式;研究其荷载-挠度关系曲线、荷载-FRP筋、箍筋应变关系曲线,分析斜截面应力重分布现象以及剪切延性性能;基于拱形桁架模型,引入关键系数,建立加固梁的受剪承载力计算公式.结果加固梁的抗剪承载力提高了近30%;发生剪切破坏各加固梁的剪切延性系数与对比梁BS2剪切延性系数相比的平均比值为1.167,剪切延性有所改善;加固梁斜截面出现了2次应力重分布,分别是斜裂缝出现时和箍筋屈服时;将已有文献剪切破坏加固梁的抗剪承载力试验值与笔者建立的加固梁抗剪计算公式的计算值进行对比,吻合较好.结论内嵌FRP筋加固技术能够提高梁的整体刚度和抗剪承载力,有效地延缓斜裂缝的开展,减小斜裂缝的宽度,提高混凝土骨料间的咬合作用,从而改善加固构件的受力情况及变形能力.     

BFRP/HFRP布-混凝土界面黏结性能试验研究

为了深入了解BFRP(玄武岩纤维增强复合材料)及HFRP(混杂FRP)布外贴加固混凝土结构的界面黏结性能,进行了单调荷载下BFRP/HFRP布-混凝土界面力学性能的试验研究.试验采用双面剪切试件的形式,利用数字图像相关(DIC)法测量FRP表面的应变分布.试验结果表明:与同层数CFRP试件相比,BFRP-混凝土界面剥离承载力较低,但剥离破坏过程具有延性特征;与碳纤维混杂后,HFRP-混凝土界面的承载力明显提高.基于该试验结果发现,最大界面断裂能、最大剪应力与FRP刚度存在着一定的相关性;经过与应变片数据比较,证实了DIC法用于FRP-混凝土界面试验应变测量的可靠性.     

受力状态下混凝土试件碳化试验研究

为了研究混凝土桥梁的碳化规律,采用加速碳化试验方法,进行了碳化环境下受力状态混凝土试件的耐久性试验,分析了碳化混凝土的退化机理和规律.结果表明:拉、压应力分别加快和减缓了混凝土碳化的速率,且应力变化越大,碳化速率的改变就越大;桥梁常用C50强度混凝土的碳化深度远小于低强度混凝土,但C50强度混凝土受拉时的相对碳化深度大于低强度混凝土.根据试验结果修正了现有混凝土碳化深度预测模型中的工作应力影响系数.当混凝土桥梁的裂缝宽度满足规范要求时,裂缝对混凝土碳化的影响很小;预应力混凝土桥梁的耐久性能优于钢筋混凝土桥梁.     

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.