严酷水环境下胶-混凝土界面黏结性能

为了研究胶-混凝土界面黏结性能在严酷水环境下的劣化规律,设计了胶-混凝土黏结试件在泡淡水、泡淡水与持续荷载耦合以及冻融循环3种环境下的劣化试验。试验方案同时考虑了2种混凝土强度和2种界面胶黏剂,共制作了100个试件。在劣化处理后,对试件进行四点弯曲试验,实测了不同劣化时长下试件的破坏荷载、破坏形态和荷载-位移曲线。在此基础上,分析了胶-混凝土界面黏结性能的劣化规律。试验结果表明:淡水环境对胶-混凝土界面的影响可忽略不计;淡水与持续荷载耦合环境的劣化作用较为明显,42 d后试件的最大承载力的下降可达41.2%;冻融循环的劣化作用在循环次数25次时不明显,但当循环次数达到50次后,试件最大承载力的下降可达28.3%;各种劣化环境下试件的破坏形态均为胶-混凝土混合破坏;荷载-位移曲线表明胶-混凝土混合破坏属于脆性破坏。     

复合受力模式下FRP片材-混凝土界面的受力行为及承载力预测

针对纤维增强树脂复合材料(FRP)片材外贴加固混凝土构件中存在的界面复合受力剥离问题,开展了复合受力模式下FRP片材-混凝土界面的受力行为研究.以带初始加载角的FRP片材-混凝土双面剪切试件为研究对象,采用幂法准则作为界面的起始损伤与失效准则,建立有限元分析模型.在试验验证的基础上开展了参数分析,发现初始加载角与FRP黏结长度对复合受力模式下的界面受力性能影响相对较大.然后,基于数值模拟结果对现有FRP片材-混凝土界面承载力模型进行修正,得到了能够考虑复合受力模式的界面承载力预测模型.最后,建立了考虑界面复合受力模式的试验数据库以验证模型的预测精度,发现修正后的界面承载力预测模型能够较好地考虑复合受力模式的影响,预测结果的变异系数由31.3%降低至17.4%,预测精度显著提高.该研究为FRP片材加固混凝土构件中的界面复合受力问题分析及承载力计算提供了参考.     

冻融循环下FRP筋混凝土界面黏结强度预测

在冻融、腐蚀等恶劣服役环境下,用纤维增强复合材料(FRP)代替钢筋来提升混凝土结构的耐久性,已越来越多地应用在土木工程中.针对冻融循环下FRP筋混凝土界面黏结机理复杂,反映界面性能的理论模型难以构建问题,基于文献中110组冻融循环下FRP筋混凝土拉拔试验数据,采用遗传算法优化的反向传播神经网络(GA-BPNN)预测FRP筋混凝土界面黏结强度,通过分析权值矩阵的参数敏感性,筛选界面黏结强度的主要影响参数并以此为变量,运用基因表达式编程(GEP)方法建立界面黏结强度的计算公式.与目前文献中仅有的两个理论模型相比,所提公式在计算冻融循环下FRP筋混凝土界面黏结强度时精度更高、泛化性能更强.     

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.     

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.     

冻融循环对FRP增强混凝土柱影响试验研究

为验证采用FRP加固混凝土结构的耐久性能,采用快速冻融循环试验方法,首先研究了冻融循环对FRP力学性能、粘结剂剪切粘结性能、FRP与混凝土粘结强度的影响,并在此基础上进一步研究了冻融循环对FRP加固混凝土柱受力性能的影响．结果表明：冻融循环对CFRP的力学性能影响不大,对GFRP力学性能有较大影响;冻融循环对FRP与混凝土粘结性能影响较大,对FRP增强混凝土柱的影响不显著．     

受疲劳荷载作用后的预应力混凝土构件冻融循环试验与损伤模型

对8根预应力混凝土梁进行受不同疲劳荷载后的冻融循环试验,研究疲劳荷载作用后预应力混凝土结构的冻融损伤特性.试验结果表明:荷载循环对预应力混凝土冻融损伤的发展有明显影响.运用损伤理论,对混凝土冻融损伤的疲劳效应问题进行了分析,并结合Aas-Jakobsen的混凝土材料疲劳寿命公式,引入疲劳效应影响因子(f(m)),建立了基于相对动弹模量的冻融损伤演化模型.结果表明:该损伤模型具有较高的精度,与试验结果吻合较好,适合工程应用.     

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.     

海水干湿循环作用下CFRP-高强混凝土黏结性能研究

在沿海地区,海水干湿循环成为限制CFRP(碳纤维增强复合材料)在加固混凝土结构应用中的主要因素之一.考虑结构自身荷载和海水干湿循环作用,用5%NaCl溶液模拟海水,利用发明的持载装置施加持续荷载,采用双面剪切试验方法对CFRP与高强混凝土的界面黏结性能进行了研究.结果表明:海水干湿循环作用下界面黏结性能发生显著的退化,极限荷载、剥离荷载、端部滑移、断裂能等界面参数均显著降低;而持续荷载和干湿循环耦合作用下界面黏结性能退化更加严重,黏结界面参数进一步降低.因此未考虑持续荷载作用而对CFRP-高强混凝土界面耐久性的研究将会过高地估算界面的黏结性能.     

温度作用对碳纤维混凝土界面黏结性能的影响

为研究温度作用对碳纤维(CFRP)—混凝土黏结界面剪切性能的影响,首先进行了温度作用下不同固化条件的胶黏剂黏结性能试验,研究了温度作用及固化方式对胶黏剂拉伸剪切性能的影响.试验发现,玻璃化温度是影响胶黏剂高温性能的一个重要指标,温度作用下胶黏剂材料的黏结性能退化大部分发生在其玻璃化转变区域.其次,结合常温下已有的CFRP—混凝土界面黏结应力—滑移关系提出了温度作用下界面黏结应力—滑移关系的计算方法.最后,汇总和分析了目前已有的CFRP—混凝土界面试验研究结果,引入胶黏剂玻璃化温度这一参数,给出了温度作用下CFRP—混凝土界面剪切黏结强度、极限承载力和初始剪切刚度计算模型.     

交变荷载与腐蚀环境耦合作用下拉索钢丝腐蚀行为特征及预测

为探究和预测交变荷载和腐蚀环境耦合作用下拉索钢丝的腐蚀行为,通过加速试验制定不同锈蚀等级下的钢丝锈蚀图例,测量了相应锈蚀等级下锈蚀钢丝失重量、名义抗拉强度和断后延伸率,使用图像小波分解技术探讨了HSV和RGB色彩模式在表征钢丝锈蚀图像整体颜色与局部边缘轮廓特征方面的适应性,分析了不同锈蚀等级下钢丝锈蚀图像小波系数分量的L1范数均值和L1范数百分比与锈蚀钢丝平均失重量的相关性,建立了钢丝平均失重量的预测模型。研究发现:交变荷载和盐雾环境耦合作用下拉索钢丝呈现出明显的局部坑蚀现象,且钢丝名义抗拉强度和断后延伸率均随锈蚀失重量的增加而减小;钢丝腐蚀形态的改变主要体现在腐蚀钢丝表观颜色浓度和亮度的改变,而HSV色彩模式中的饱和度分量可较好地反映钢丝锈蚀图像整体颜色的变化,RGB色彩模式中的蓝色分量可较好地反映钢丝锈蚀图像局部蚀坑周围局部亮度的变化;拉索钢丝腐蚀图像与腐蚀失重量、名义抗拉强度之间存在良好的线性回归关系,可用于预测钢丝锈蚀失重量和名义抗拉强度。     

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。     

FRP及FRP-混凝土组合结构的耐久性能探讨

通过对FPR材料本身的抗化学侵蚀性能、疲劳性能、冲击韧性、抗冻性等指标的耐久性研究,对FRP 混凝土组合结构的设计、施工措施进行了分析,探讨FRP 混凝土组合结构的耐久性能。     

FRP加固混凝土结构的疲劳性能研究进展

纤维增强材料(FRP)具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点,运用于土木工程加固领域。总结了FRP预应力与非预应力加固钢筋混凝土结构在疲劳荷载作用下的力学特性和加固效果;界面在疲劳荷载作用下性能变化的研究方法和有关结论和分析,指出了疲劳性能研究的关键在界面,因此需要做更精细的研究。     

负载钢筋混凝土梁钢筋锈蚀及使用性能试验研究

通过对负载下锈蚀、不负载锈蚀梁和一组参考梁的对比试验,研究了荷载对钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀及钢筋混凝土梁变形性能和剩余承载力的影响．整个锈蚀试验过程中施加的持续荷载为极限荷载的0％、25％、45％和65％．通过交替喷洒3．5％的盐水来模拟海洋潮汐环境．采用外加电流来加速钢筋锈蚀．整个试验过程中检测梁的挠度,达到预定的时间后进行剩余承载力试验．结果表明,荷载对钢筋锈蚀有明显影响,荷载作用使梁锈蚀加速,梁的挠度增大,剩余承载力减小．由于钢筋混凝土结构一般都是负载工作的,所以对钢筋混凝土结构使用寿命进行预测时,应考虑使用荷载和暴露环境对结构耐久性能的影响．     

冻融环境下地聚物混凝土和螺纹钢筋黏结性能的研究

寒冷地区临海、盐碱土壤或冰盐环境中的混凝土结构因遭氯离子腐蚀和冻融循环的共同作用使得钢筋与混凝土间的黏结性能劣化,甚至会导致构件过早失效。为了分析在冻融循环和氯离子腐蚀耦合作用下地聚物混凝土与螺纹钢筋间黏结性能的变化规律,通过拉拔试验研究了地聚物混凝土与螺纹钢筋在此环境下的黏结性能,分析了保护层厚度（40 mm、60 mm、67 mm）、盐溶液浓度（0 %、5 %、10 %）和冻融次数（0次、15次、30次、50次）对极限黏结强度及黏结—滑移曲线的影响。结果表明：盐冻循环和水冻循环试件与未冻融试件破坏模式相同,均为劈裂破坏;但与未冻融的试件相比,极限黏结强度总体上降低,经过50次冻融循环后,盐冻和水冻试件的极限黏结强度为未冻融试件的56 %~67 %和80 %左右;最后,基于试验数据,提出考虑冻融次数和盐溶液浓度影响作用下地聚物混凝土劈裂抗拉强度以及极限黏结强度的拟合公式,以期为混凝土结构的工程应用提供理论参考。     

冻融损伤后引气混凝土三轴强度准则研究

青岛海湾大桥为我国北方冰冻海域建设的第一座跨海大桥,为了有效评估冻融后承台引气混凝土的力学性能,开展了引气混凝土在冻融作用后各项基本力学性能衰减规律的试验研究。研究了海水冻融循环次数分别为0、100、200、300次的混凝土应力一应变关系,基于大型动静载伺服刚性试验机,测试受海水冻融后的混凝土应力应变曲线关系,根据混凝土应力应变曲线,总结混凝土弹性模量、抗压强度的衰减规律。根据试验结果建立了引气混凝土考虑冻融循环次数的OTTOSEN强度准则模型。试验现象表明：随着冻融循环次数的增多,混凝土轴心抗压强度、弹性模量等力学性能指标的下降程度均逐渐加大。该强度准则可为建立符合实际工程的混凝土结构冻融后抗裂设计理论提供基础资料。     

冻融循环条件下粗粒料变形特性试验研究

为揭示粗粒料在冻融环境与复杂应力条件下的变形特性,采用大型三轴压缩试验与蠕变试验研究了粗粒料在不同冻融循环次数、围压与应力水平下的变形特性与蠕变特性。试验结果表明,未冻融粗粒料的应力-应变曲线为应变硬化型曲线,在试验围压100～600 kPa范围内粗粒料剪切过程中均表现为剪胀性;冻融循环后初始弹性模量与破坏应力均呈下降趋势,200 kPa围压时,初始弹性模量降低20%,破坏应力降低37%,600 kPa围压时,初始弹性模量降低5%,破坏应力降低25%;冻融循环后粗粒料轴向蠕变应变随时间的发展为衰减型蠕变规律,轴向蠕变应变随冻融循环次数和应力水平的增大而逐渐增大,8次冻融循环后轴向蠕变应变明显增大;应力水平影响下的粗粒料蠕变时间曲线可采用指数函数形式表达。     

冻融损伤对再生混凝土耐久性及与钢筋粘结性能分析

制作掺入引气剂和未掺入引气剂的100％粗骨料取代率的再生混凝土RC1和RC2两组试件以及掺入引气剂和未掺入引气剂的普通混凝土NC1和NC2两组试件,并分别对经过不同次数冻融循环试件的抗压强度、质量损失率、动弹性模量损失率进行研究。结果表明,冻融后各组试件的抗压强度、质量损失率及动弹性模量损失率均降低,对于添加引气剂的NC1和RC1两组试件损失较小,其中RC1组试件在200次冻融后抗压强度损失接近40％,质量损失率达0．5％,动弹性模量损失率38．5％。100％取代率并加入引气剂的ZRC组试件冻融后进行中心拨出实验,发生劈裂破坏和钢筋拔出破坏2种形式。再生粗骨料混凝土与钢筋的极限粘结应力均随冻融次数的增加而降低,200次冻融后极限粘结应力下降33．5,荷载滑移曲线既有上升段也有下降段。