纤维增强聚合物加固混凝土结构耐久性能研究

外贴纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土结构的应用时间不长,因此这种加固方法的耐久性能需要试验验证.通过快速冻融试验、碱化试验、浸水试验、湿热试验研究了腐蚀环境对纤维增强聚合物复合体力学性能的影响.试验结果表明,碳纤维增强聚合物(CFRP)的耐久性能较好,在各种暴露条件下,力学性能没有明显退化;而玻璃纤维增强聚合物(GFRP)的耐久性能略差,水环境、碱环境、湿热环境以及冻融循环对GFRP均产生了较大的影响.采用快速冻融循环试验和湿热试验,研究了腐蚀环境对FRP与混凝土粘结性能、FRP加固混凝土梁、柱受力性能的综合影响.结果表明:FRP与混凝土粘结性能下降较大,FRP加固混凝土结构具有较好的耐久性能.     

纤维增强塑料与混凝土粘结抗冻融性能研究

纤维增强塑料(简称FRP)加固混凝土结构通常是将其粘贴在混凝土的表面，因此FRP材料与混凝土结构之间的粘结性能成为影响加固效果的关键因素，环境因素对FRP加固混凝土结构的影响主要体现在FRP与混凝土的粘结面上，试验表明，在冻融循环的环境影响下，FRP材料与混凝土粘结强度将有所下降。     

干湿交替条件下FRP布加固混凝土粘结性能

为揭示FRP布在干湿循环条件下加固混凝土的粘结性能,采用理论分析和实验的方法,推导了FRP布在干湿循环条件下加固混凝土的粘结性能的衰减函数,揭示出其粘结性能的衰减特征;分析其外观、极限承载力及粘结强度等指标,研究FRP布在干湿循环条件下加固混凝土的粘结性能衰减过程.研究结果表明:混凝土试件从混凝土浅层的拉断破坏或者从纤维布处破坏,混凝土等级高的试块是混凝土被拉断.相同混凝土等级情况下,干湿交替早期对粘结强度的影响较大,后期影响不明显,干湿交替对较低等级混凝土影响较大,对较高等级混凝土影响较低;CFRP的正拉粘结强度大于GFRP的粘结强度.     

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筋与全珊瑚骨料海水混凝土粘结性能数值模拟

良好的界面粘结性能是保证FRP筋与全珊瑚骨料海水混凝土结构能够共同工作并充分发挥各自优良性能的重要因素之一，因此通过拉拔试验研究了各类影响条件下二者之间的界面粘结性能.在上述试验研究的基础上，通过Abaqus有限元软件采用简化双线性模型建立了FRP筋与珊瑚骨料海水混凝土的粘结滑移模型，研究了FRP筋直径、粘结长度、珊瑚骨料海水混凝土强度和FRP筋种类对粘结性能的影响.通过比较数值模拟得到的理论值与试验得到的试验值发现，二者的一致性较高，因此采用简化双线性模型来分析FRP筋全珊瑚骨料海水混凝土结构的界面粘结性能具有一定的适用性.在研究各因素的影响后发现，增大界面粘结长度、筋材直径和珊瑚骨料海水混凝土强度均能提高结构的承载力，但较大的筋材直径易导致试件发生脆性破坏，并且高强度混凝土对于承载力的增强效果并不明显.     

考虑粘结滑移的FRP筋混凝土柱偏压性能

目的研究考虑FRP筋-混凝土粘结滑移的FRP-RC柱力学性能,比较不同荷载偏心距与FRP筋直径情况下柱体压弯全过程与极限承载能力的差异.方法在已有试验的基础上建立FRP-RC偏压柱有限元模型,并引入改进的BPE (Bertero-Popov-Eligehausen)模型,研究粘结滑移对压弯柱受力全过程的影响.结果 FRP筋-混凝土粘结滑移初始刚度是影响柱体压弯性能的主要因素,当BPE模型上升段曲线指数减小80%,柱体偏压刚度最大提高约14%,承载力最大提高约9%.峰值粘结应力及峰值滑移量对柱体压弯刚度影响不显著,但会小幅影响柱体承载能力.结论当荷载偏心距增大,FRP筋-混凝土粘结滑移对柱体力学性能的降低作用逐渐显现;当荷载偏心率相同时,随着柱截面配筋率增大,柱体极限承载力降低,P-M相关曲线偏离度增大.     

真空辅助成型工艺下纤维增强复合材料与混凝土界面的粘结滑移试验研究

纤维增强复合材料(FRP)与混凝土界面的粘结滑移关系是FRP用于加固钢筋混凝土受力分析的基础。采用真空辅助成型技术(VARI)制作的FRP板条,并外贴于混凝土试块表面,设计了8个单搭接头剪切试验,比较FRP-混凝土界面的粘结性能。考察了混凝土强度、粘结长度、板厚和粘结胶层厚度对VARI工艺下FRP与混凝土界面之间粘结性能的影响。分析基于VARI工艺制作的FRP应变和各个控制因素下局部剪应力的发展规律。计算得到了FRP-混凝土界面的局部粘结剪应力-滑移关系曲线。     

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。     

基于神经网络的FRP抗震加固混凝土柱破坏模式预测

混凝土柱采用FRP横向缠绕加固可有效改善其抗震性能.对于FRP抗震加固混凝土柱的破坏模式,目前尚无有效预测方法.文章全面分析了影响FRP抗震加固混凝土柱破坏模式的主要因素,基于人工神经网络理论,建立了其破坏模式BP网络预测模型,并对35个FRP加固柱在水平荷载作用下的破坏模式进行了预测,结果表明,与试验观测值相比,所建BP网络模型预测值的符合率超过了90%,可用于FRP抗震加固混凝土柱的破坏模式预测.     

基于CZM的FRP约束空心组合柱的承载性能预测

基于内聚区模型(CZM),研究了纤维增强复合材料(FRP)约束空心钢管混凝土组合柱的轴压性能数值分析方法和模型,并与试验结果对比,验证了数值模型的有效性.在此基础上,研究了主要设计参数对组合柱轴压性能的影响.研究结果表明:CZM适用于FRP约束空心钢管混凝土组合柱的FRP粘结界面性能的研究;增大混凝土强度等级、FRP的...     

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.     

冻融循环作用下表层嵌贴CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究

以嵌贴CFRP-混凝土黏结的冻融耐久性为研究对象,通过拔出试验考察了冻融循环作用下嵌贴FRP与具有不同强度或抗冻性能混凝土的黏结性能,讨论了冻融循环下嵌贴FRP-混凝土界面黏结的退化机理;分析了冻融循环作用下混凝土槽至试件边缘距离、胶层厚度等因素对试件界面黏结性能的影响.试验结果表明:冻融循环作用下普通C30混凝土力学性能退化显著,添加引气防冻剂和减水剂的C30混凝土强度下降显著小于普通C30混凝土,C60混凝土强度反而有所提高;冻融循环导致了嵌贴CFRP-普通C30混凝土的黏结承载力下降和破坏模式转变,但嵌贴CFRP与抗冻混凝土间的黏结承载力没有显著降低,表明混凝土冻融损伤是冻融循环下嵌贴FRP-混凝土黏结退化的主要原因;槽壁厚度较小时,加载端槽壁混凝土出现锥形斜裂缝;胶层厚度较薄时,冻融循环作用下试件黏结承载力的降低较胶层较厚的试件更为显著.     

碳纤维布加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

正确评估FRP(Fiber Reinforced Polymer)加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响是确定FRP加固效果的重要问题之一.本文采用外加电流加速腐蚀法对96个预埋钢筋的试件进行腐蚀,腐蚀完成后横向包裹2层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究了碳纤维布加固、钢筋种类、保护层厚度及腐蚀率对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响规律,探讨了拉拔破坏机理.研究表明:(1)碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏;(2)钢筋种类、保护层厚度是影响钢筋峰值粘结强度的主要因素,螺纹钢筋试件的峰值粘结强度约为光圆钢筋的2倍;(3)当实际腐蚀率小于5%时,碳纤维布约束对提高钢筋峰值粘结强度作用较小,腐蚀试件峰值粘结强度与未腐蚀试件峰值粘结强度之比(简称比峰值粘结强度)提高约5%—7%,但碳纤维布约束使拉拔全曲线下降段变得平缓,粘结应力维持在较高的水平;(4)当实际腐蚀率大于5%时,腐蚀试件的峰值粘结强度随着腐蚀率增大逐步降低.     

冻融循环下混凝土细观结构演化及力学损伤特性研究进展

周期性冻融循环会对季冻区混凝土材料的细观结构产生不可逆损伤,进而劣化其承载能力与耐久性能。混凝土的冻融破坏本质上是内部孔/裂隙等初始缺陷在周期性冻胀力的作用下发生的疲劳损伤累积。因此,开展冻融循环条件下混凝土材料细观结构损伤演化特性的研究对于评估寒区在役混凝土结构的安全性具有重要的意义。围绕冻融循环条件下混凝土细观结构演化及力学损伤特性两个核心内容,针对混凝土细观结构获取与表征技术、混凝土冻融循环室内物理试验与数值模拟方法,以及混凝土力学损伤特性与耐久性评估等方面的研究现状进行了系统的总结与分析。传统的冻融研究主要集中于宏观尺度下混凝土局部损伤演化,从细观尺度入手,研究了冻融循环下混凝土细观结构演化与力学损伤特性,有助于更加深入地了解宏观力学性能与耐久性劣化背后的冻融破坏机制与初始孔/裂隙缺陷扩展-聚并-贯通的发展规律。在此基础上,建立考虑冻融参数的细观结构演化与宏观损伤特性之间的内在联系,实现冻融环境下混凝土材料宏观物理力学特性的准确分析。为寒区工程结构服役期的损伤特性识别、稳定性与耐久性分析提供参考。     

冻融循环对混凝土静动力特性的影响

为了解冻融循环对混凝土材料静、动态力学性能的影响规律,在清水和盐水中采用"快冻法"对C60混凝土进行了不同冻融次数后的单轴静压试验和霍布金森压杆冲击试验,分析了混凝土强度变化的原因。试验表明,清水和盐水条件下,混凝土试件的质量损失和相对动弹性模量的损失率随冻融次数的增加而增大,盐水环境中更明显。清水环境下的冻融循环对混凝土的静态抗压强度具有显著影响,但对其动态抗压强度影响不明显;盐水环境下,当冻融次数较少时,混凝土的动态强度表现显著的应变率效应且不受冻融循环次数的影响,但在冻融循环次数达到240次时,混凝土的动态强度显著下降且对冲击速度不再敏感。不同冻融环境对混凝土静、动态强度影响的差异显著。     

冻融循环作用下超高延性纤维增强水泥基复合材料加固力学性能试验研究

为研究冻融循环作用下聚乙烯纤维增强复合基体材料(Polyethylene Fiber-Engineered Cementitious Composite，PE-ECC)与不同FRP的力学性能及微观结构演化规律，对PE-ECC、PE-ECC-BFRP和PE-ECC-CFRP三种试件进行快速冻融试验。研究试件在不同冻融循环次数下的质量损失率、相对动弹性模量、三点抗弯试验及扫描电镜。试验结果表明：在冻循环150次PE-ECC和普通砂浆混凝土的质量损失率分别为1.67%和13.5%，PE纤维的阻裂作用可以很好约束水泥砂浆的剥落；在PE-ECC水泥纤维基体材料中添加CFRP网格布或BFRP网格布可以提高试件的强度和降低水泥纤维基体材料内部微裂缝的扩展，提高了水泥纤维基体材料的抗冻性能；PE-ECC-BFRP试件和PE-ECC-CFRP试件比PE-ECC试件的最大承载能力分别增大了22.5%、67.3%，最大挠度分别增大了28.2%、76.7%，在冻融循环作用下FRP网格布可以提高PE-ECC的抗弯能力和最大挠曲能力。     

超低温冻融循环下钢筋与混凝土的黏结性能

借助低温冰箱和超低温环境箱降温的方式,对7组21个试件分别进行了不同循环次数、不同温度变化的超低温冻融循环.通过对冻融循环后试件的中心拔出试验,得到了钢筋与混凝土的荷载-滑移曲线.结果表明,在循环次数较少的情况下,低温对钢筋与混凝土的荷载-滑移曲线形状影响不大,但对两者的黏结强度有明显的降低作用;在冻融循环中,20~-75,℃温度段对钢筋与混凝土的黏结强度降低作用明显,相比之下,-75~-120,℃温度段对钢筋与混凝土黏结强度的后续降低作用不明显;随着循环次数的增多,每次循环对于钢筋与混凝土黏结强度的降低作用逐渐减弱.     

橡胶集料对混凝土抗冻性的影响

取两种不同粒径、四种不同掺量的橡胶代替等体积的细骨料砂制作橡胶混凝土试件,对其进行快冻法试验,研究橡胶集料混凝土在冻融循环作用下的耐久性.研究表明,随着橡胶掺量的不断增加,抗压强度和动弹性模量都会不断下降,但掺入橡胶能改善混凝土的抗冻性,橡胶粉比橡胶颗粒的效果好,掺入5%~10%的粒径≤0.27mm橡胶粉对混凝土的抗冻性能有明显改善作用.不过,掺入过多的橡胶则会降低其抗冻性.结果表明,运用无损检测的动弹性模量能很好地对橡胶混凝土的抗冻性作出正确评价.