梯度锚固预应力NSM CFRP加固 RC梁静力及疲劳性能研究

针对表层嵌贴预应力CFRP加固梁因黏结端部应力集中导致混凝土保护层易剥离破坏的问题,提出了在CFRP端部设置梯度预应力的构造措施,并通过构件试验系统研究了梯度锚固预应力CFRP加固梁的静载和疲劳性能.试验结果表明:在静力荷载作用下,梯度锚固预应力CFRP加固梁极限荷载较普通表层嵌贴预应力CFRP加固梁最大提高35.06％,破坏模式由端部保护层剥离破坏转变为保护层剥离与CFRP断裂复合破坏,梯度锚固预应力CFRP加固显著提高了RC梁的静载性能,且有明显的黏结应力峰值传递现象;疲劳荷载下梯度锚固预应力加固梁的疲劳寿命也较普通嵌贴加固梁显著提高,且疲劳破坏模式由端部保护层剥离转变为纵向受拉钢筋疲劳断裂;梯度锚固预应力构造显著增强了加固梁抵抗剥离破坏发生的能力,提高了加固梁疲劳性能.     

基于水硬石灰与粉煤灰浆液的木锚杆锚固性能试验

采用室内模型试验与现场试验相结合的方法,研究水硬石灰拌合粉煤灰浆液的木锚杆锚固性能:锚固系统的失效模式、杆体-浆体界面应变与荷载时程关系及传递关系.通过对拉拔力的检测,室内模型可以提供21~30 kN的极限锚固力,现场锚固系统可以提供6.94~16.00 kN的极限锚固力.通过对杆体-浆体界面应变监测,锚固系统表现出低弹性、高塑性的特征.在荷载进程中,杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有单峰值分布、高值出现在锚固末端、压应力出现等特点,呈现出拉力型和压力型全长黏结锚固系统的特点.研究结果为更合理地夯土遗址锚固设计提供科学基础.     

碳纤维增强复合材料黏结型锚固体系弯拉性能试验研究

为了研究碳纤维增强复合材料（CFRP）黏结型锚固体系的弯拉性能,对设计的锚固体系试件进行了10组轴向拉伸试验与12组弯拉试验。在锚固体系优化基础上研究了CFRP筋直径、弯曲半径改变下试件的极限承载力、破坏模式、锚固效率及CFRP筋荷载?应变关系。结果表明,锚固体系的弯拉承载力折减量系数随CFRP筋弯曲半径的增大而减小,CFRP筋直径越大试件承载力折减量系数越大,并且CFRP筋横向约束有利于弯拉极限承载力的提高。此外,CFRP筋荷载?应变曲线的非线性变化是试件失效前的典型特征。弯曲半径和CFRP筋直径的比值与锚固效率系数为线性关系,比值在2.4‰以下时试件的弯拉锚固效率系数小于80%,试件呈不均匀断裂和剪切的破坏形式。     

改进型CFRP筋黏结式锚具静载试验

研究了黏结式锚具的改进方案,对改进后的锚具进行了静载张拉试验,阐述改进型CFRP筋黏结式锚具静载试验方案和主要步骤.长度为180 mm的改进式锚具可锚固单根8 mm CFRP筋,极限拉力为115 k N;长度为280 mm的直筒式锚具可锚固单根8 mm CFRP筋,极限拉力为119 k N.改进型CFRP筋黏结式锚具静载试验表明:改进方案是有效可行的.并对黏结应力的测试方法和计算方法进行了探讨,以筋材轴力为指标,对黏结应力测试数据进行检算,当应变片间距适当时,直接在CFRP筋表面黏贴应变片,通过测点应变分析黏结应力分布的方法是可行的.在此基础上得到的试验数据经公式计算,在加载过程中误差较大,最大误差为7.20%;在极限荷载下无误差.     

改进型碳纤维增强复合材料筋复合式锚具的锚固性能

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)筋锚具的结构形式及主要设计参数对锚固性能的影响,设计2个复合式锚具及3个改进型复合式锚具,并进行静载拉伸试验;通过对比分析不同锚具的极限荷载、金属筒测点应变以及锚具最后整体破坏形式,研究改进型CFRP筋复合式锚具的锚固性能。结果表明:在不施加预紧力前提下,改进型复合式锚具螺母纵向紧固力可以有效避免夹片滑移,黏结材料种类对锚固过程稳定性有一定影响,但并不影响最终锚固效果,筋材表面形式对锚具锚固性能影响较大;当金属筒厚度为3 mm、黏结长度为250 mm、夹片长度为100 mm时,带肋CFRP筋为中间炸裂式破坏,充分发挥了CFRP筋的抗拉特性,表明改进型CFRP筋复合式锚有良好的锚固性能。     

CFRP筋粘结型锚具的疲劳损伤模型

通过两种碳纤维复合材料CFRP筋锚固系统在不同疲劳应力比加载条件下的恒幅疲劳试验,借助背面应变片技术,研究了不同疲劳应力比对CFRP筋粘结型锚具疲劳响应的影响;基于Goodman方程,建立了恒幅疲劳荷载下粘结型锚具的疲劳损伤预测模型;通过试验数据与数值模型相结合的分析手段,探究了疲劳应力比对粘结型锚固系统疲劳响应的影响.结果表明:该疲劳损伤模型预测的结果与试验观察数据吻合良好;粘结型锚固系统在疲劳过程中的背面应变变化状态能较好地反映锚固系统内部的疲劳损伤状况,证明背面应变片技术适用于该粘结型锚固系统,且采用基于背面应变的疲劳损伤模型能够很好地模拟应力比对粘结型锚具疲劳响应的影响.     

拉力型锚索在黄土层中的荷载传递机理

在前人研究成果与合理的假设的基础上,分析拉力型锚索在黄土地区的荷载传递机理,得到黄土地层中拉力型锚索的临界锚固段长度理论计算公式,并分析各参数变化对临界锚固段长度的影响规律.依据现行规范要求,试验验证黄土地区深基坑桩锚支护体系临界锚固段长度理论公式的合理性.实测数据分析表明,在黄土地层条件下,通过锚索锚固段的合理设置,其锚固段极限黏结强度取值可高于现行规范推荐值.试验锚索的荷载位移曲线验证了黄土地层中拉力型锚索的不同受荷服役工况和荷载传递变化情况,反映了各级张拉荷载下锚索的工作状态.研究成果可为黄土地区拉力型锚索的设计及现场试验提供指导.     

水浸与周期荷载耦合下CFRP锚固系统的耐久性分析

借助光纤布拉格光栅(FBG)传感器,在不同浸润时间下,对碳纤维复合材料(CFRP)锚固结构进行周期荷载实验,探究水浸与周期荷载下CFRP锚固结构的耐久性.试验结果表明:随着循环次数的增加,环氧体塑性变形减小,并趋于稳定;水浸与周期荷载作用下,锚具内CFRP筋发生变形,但无脱锚现象发生;CFRP筋与环氧体界面受水浸环境影响小,筋材表面无腐蚀.     

后张部分无黏结预应力梁锚固失效下受力性能试验研究

为了研究部分无黏结及锚固系统失效对后张预应力梁受力性能的影响,以4根后张法施工预应力混凝土简支梁为试验对象,分析后张法预应力梁在相同无黏结率下,跨中、梁端部分无黏结以及锚固系统失效时的受力过程、破坏形态、荷载-位移曲线、延性等指标和抗弯性能的变化规律。基于部分无黏结预应力梁的试验结果,采用考虑锚固失效损失的截面应变协调黏结折减系数计算抗弯承载力。研究结果表明：部分无黏结与锚固失效均降低试验梁的抗裂性能;在锚具失效条件下,跨中纯弯段无黏结显著降低试验梁的刚度和承载力,而梁端无黏结对梁刚度影响较小,承载力略降低;在锚固失效下,跨中段无黏结和梁端无黏结的梁与正常状态下的梁相比,延性指标分别提高6.3%和21.1%;在加载过程中,跨中控制截面满足平截面假定;采用考虑锚固失效损失的截面应变协调黏结折减系数计算抗弯承载力与试验值较吻合。     

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。     

粘结式GFRP锚杆边坡锚固机理与实用设计方法

研究了粘结式GFRP锚杆的荷载传递机理与岩石边坡加固机理,提出了GFRP锚杆设计的原则、设计主要内容与流程、结构设计基本方法,并将之应用于工程实践.研究结果表明:GFRP锚杆的荷载传递取决于GFRP筋与砂浆之间的粘结性能,GFRP锚杆黏结力主要由化学胶结力、握裹力、机械交合力与机械锚固力组成,光圆锚杆与变形锚杆的粘结性能存在较大的差异;锚杆通过悬吊锚固、改变岩体应力状态、组合梁作用、阻滑抗剪等作用加固岩石边坡;由于GFRP锚杆对横向荷载有较强的敏感性,应加强对端部锚具的设计,建议采用钢套粘结式和楔形粘结式锚具.     

基于接触滑移理论的CFRP拉索黏结型锚具精细化仿真

基于接触滑移理论以及库仑摩擦模型,利用通用有限元软件ANSYS的接触分析模块,建立CFRP拉索黏结型锚具精细化有限元模型.根据既有试验数据以及客观规律对所提出的精细化分析方法进行准确性验证,并利用经过准确性验证的有限元模型进行参数分析,从而得到外套筒锥度、黏结材料弹性模量以及筋材表面粗糙度与锚具锚固性能之间的关系,确定不同破坏形式下CFRP筋材直径的选择原则,给出可用来指导设计锚具合理尺寸的锚具极限拉力-最小锚固长度关系曲线.根据定量定性分析结果给出锚具锚固性能的优化方向,为新型锚固设计方法提供理论依据.     

FRP与烧结普通砖粘结性能的试验

通过63块烧结普通砖与碳纤维布(CFRP)、玻璃纤维布(GFRP)的单面剪切试验,分析纤维增强复合材料(FRP)与烧结普通砖粘结破坏的全过程及破坏特征.研究普通烧结砖的抗压强度、FRP种类、FRP粘结长度、粘结树脂、FRP粘贴层数等对极限粘结荷载的影响.结果表明,极限粘结荷载与FRP粘结长度有关,当粘结长度超过一定长度后,极限粘强度增加缓慢或不再增加.烧结普通砖强度对极限粘结荷载有一定影响,极限粘结荷载随着烧结普通砖抗压强度的增大而增大;当砖的抗压强度超过27 MPa时,极限粘结荷载增大幅度变小.粘结树脂的种类对极限粘结荷载有一定的影响,特别是底层树脂对极限粘结荷载有一定的提高作用.从试验结果来看,采用"小西"树脂试件的极限粘结荷载大于采用"Lica"树脂试件的极限粘结荷载.FRP的种类影响着极限粘结荷载,CFRP与烧结普通砖的极限粘结荷载高于GFRP与烧结普通砖的极限粘结荷载.     

地下洞室全长粘结式锚杆受力分析方法

以地下洞室全长粘结式锚杆为研究对象,分析了锚杆与围岩荷载传递机制,导出了相应的荷载传递基本微分方程.结合围岩自由变形,采用有限差分法求解方程,进而得到锚固体轴力和界面剪应力沿杆长分布.采用二折线剪切滑移模型描述锚固体界面力学特性,考虑锚固体滑移,将界面的超余剪应力转化为模型节点荷载,通过不断更新围岩位移以修正锚固体内力.基于此锚杆算法,模拟了拉拔试验,结果表明该方法合理、可行.通过对某引水隧洞特征锚杆的受力分析,计算了围岩弹模、界面剪切刚度、砂浆厚度、锚杆直径和锚杆长度对锚固体受力的影响,计算结果可为地下洞室锚杆布置优化提供理论依据.     

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.     

CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能分析

为研究CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能及其影响因素,对12套CFRP筋粘结式楔型锚具进行静载试验,以锚具内倾角和锚固长度为变化参数,获取锚具试件荷载—滑移全过程曲线,推出锚具内部CFRP筋与环氧树脂砂浆界面粘结—滑移本构模型。研究表明:增大锚具内倾角和锚固长度可提高锚具极限荷载,平均粘结强度随锚具内倾角的增大呈增大趋势,临界锚固长度随试件锚具内倾角的增大呈减小趋势,采用回归公式计算的平均粘结强度值与试验实测值比较接近;锚固长度是影响界面粘结剪切刚度的主要因素;锚固长度和锚具内倾角可一定程度提高界面抗滑移能力,损伤发展后期,锚固长度越大,损伤速率越慢;推导出的锚具内CFRP筋与环氧树脂砂浆的粘结—滑移本构关系模型适用性较好。     

锚固方法和预应力水平对CFRP板加固钢筋混凝土梁抗弯性能的影响

为了研究端部锚固方法和预应力水平对碳纤维复合材料(CFRP)板加固钢筋混凝土(RC)梁抗弯性能的影响，进行了6根大尺寸T梁抗弯试验，对失效模式、荷载-挠度曲线、特征荷载、CFRP板强度利用率及延性等指标进行分析。结果表明：锚固方法对RC梁的极限荷载有显著影响，但对开裂荷载和屈服荷载基本没有影响；当预应力水平从0提高到0.5,失效模式从混凝土压碎转变为CFRP拉断，开裂荷载和屈服荷载比未加固试件分别提高了75.0%～237.5%和13.6%～50.9%;极限荷载在混凝土压碎模式下随预应力水平的提高而提高，但在CFRP拉断模式下受预应力水平的影响很小；可靠的端部锚固可提高极限荷载下CFRP的利用率，但施加预应力能明显提高整个受力阶段CFRP的利用率。     

CFRP筋复合型锚具的受力性能试验

为研究CFRP筋复合型锚具的主要设计参数对锚固性能的影响及锚具内部受力情况,设计了5个复合型锚具的参数静载试验,测量了锚具的极限荷载、锚环-CFRP筋间滑移变形和金属筒测点应变,通过静载试验对比分析了各设计参数对锚固效果的影响,以及金属筒表面应力的分布情况与变化规律.研究结果表明:当金属筒壁厚为2 mm,夹片夹持长度为65 mm,粘结长度为500 mm时,锚具的锚固性能较好;夹片-金属筒间锚固良好,无滑移;金属筒应力分布与变化可反映锚具内部受力情况,测点应力曲线峰值预示该位置附近的胶体与CFRP筋间的粘结破坏.     

高强钢筋与混凝土锚固性能研究

为了得到高强钢筋HTB650与混凝土的锚固性能,对36个黏结锚固试件和30个两侧贴焊短筋的机械锚固试件进行拔出试验.试验考虑了相对锚固长度、混凝土强度、相对保护层厚度、配箍率和钢筋强度对锚固性能的影响.试验结果表明,高强钢筋黏结锚固的破坏形式不同于机械锚固.两者的极限黏结强度随着相对锚固长度、混凝土强度、相对保护层厚度、配箍率和钢筋强度而改变,变化趋势基本一致.通过回归分析,得出高强钢筋与混凝土之间黏结锚固与机械锚固的极限黏结强度计算公式.     

全长黏结GFRP抗浮锚杆荷载分布函数模型研究

基于荷载传递法理论与Kelvin问题的位移解,进一步推导全长黏结GFRP(glass fiber reinforced plastics)抗浮锚杆在轴向拉拔荷载作用下轴力沿锚固深度的分布函数。为验证该理论应用于GFRP抗浮锚杆的合理性,借助植入式光纤光栅传感技术,对2根同型号GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验。研究结果表明:根据荷载传递法与Kelvin位移解得到锚杆轴力与剪应力分布函数曲线形式与试验结果相近,说明该理论合理;孔口锚固体的开裂导致锚杆轴力及剪应力分布曲线试验值主要分布范围比理论值的更大;由于试验过程中岩土体位移较小,锚杆的剪应力分布曲线形式较理论值呈现"矮胖"的特点。此外,对锚杆轴力、剪应力理论分布函数曲线进行修正后的结果与试验结果吻合度显著提高。