碳纤维织物增强混凝土薄板的界面粘结性能试验

为了研究碳纤维织物增强混凝土薄板中织物和混凝土界面间粘结性能,首先介绍了德国斯图加特大学提出的测试织物在薄板的混凝土基体中界面粘结性能的拉拨试验方法,并通过初步试验,讨论了试验方法中试件养护条件和试验机夹具夹持试件的尺寸2个因素对试验结果的影响.然后,进一步研究了复合材料中的织物在其使用前的预浸胶和复合材料薄板制作过程中在织物上施加预拉力2项工艺对提高织物和混凝土基体间界面粘结性能的影响.采用Ohno ＆ Hannant理论,分析和探讨了该试验方法的机理.最后,得出该试验方法能较准确地反映织物增强混凝土薄板中织物和混凝土界面间粘结性能的结论,并提出织物浸胶和施加预拉力可以提高其界面间粘结性能的建议.     

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.     

碳纤维增强混凝土结构温度应力的弹性解

针对混凝土与碳纤维热膨胀系数不同的特点，首先根据界面上变形协调与截面上内力平衡，导出了变温工况下混凝土梁与碳纤维内部温度应力的计算公式，并分析了影响温度应力的主要参数。然后针对实际问题将解析解与有限元分析结果进行对比，证实了利用解析方法可对温度应力进行正确的计算，说明了在加固设计中考虑温度应力的必要性。     

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.     

CFRP-混凝土界面的疲劳性能

为探明碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土界面的抗疲劳性能,以碳纤维薄板(CFL)与混凝土的粘结界面作研究对象,设计了改进的双剪疲劳试件,在循环荷载下对CFL-混凝土界面的疲劳性能进行了实验研究;给出了CFL-混凝土界面的相对滑移演化曲线(相对滑移-疲劳寿命实验曲线),分析了界面的应变及其粘结滑移规律.实验结果表明:在疲劳荷载作用下,CFL上的应变演化主要由加载初期快速传力阶段、界面稳定传力阶段、界面失稳传力阶段构成,其中界面稳定传力阶段约占其疲劳寿命的95%左右;试件相对滑移的演化也分为初期快速增长、稳定增长、失稳增长3个阶段.在稳定增长阶段,试件的相对滑移与疲劳寿命之间呈近似的线性关系.最后,提出了基于刚度系数的CFL-混凝土界面的疲劳损伤模型.利用该模型,可较方便地推定CFL-混凝土的界面在疲劳过程中的损伤演化规律.     

高温下碳纤维-混凝土界面受剪性能试验研究

分别在4,40,60,80,100,120,140,160,180℃下进行碳纤维-混凝土界面的剪切试验,研究了不同温度下界面破坏形式、温度对胶体及碳纤维的影响,以及黏结强度随温度的变化规律,初步建立了不同温度下的黏结应力-滑移关系.试验结果表明,40℃时的界面黏结强度高于其他温度;40℃后黏结强度随温度升高而降低;温度超过100℃后,黏结强度基本趋于稳定.     

碳纤维织物增强水泥基复合材料试验研究

采用轴向拉伸试验研究了碳纤维织物增强水泥基复合材料(TRC)的静力力学性能,试验工况考虑了配网率、短切钢纤维以及碳纤维织物上的预拉力3个因素.试验结果表明:没有掺加短切钢纤维的薄板,随着配网率的增加,碳纤维织物利用率降低,试验过程中纤维层与水泥基层逐渐分离,最终薄板发生剥离破坏;对碳纤维织物施加预拉力能使薄板的开裂应力提高,从而提高TRC构件的正常使用寿命;在薄板中掺入短切钢纤维有助于提高其界面性能,进而使薄板抗拉强度、极限应变均得以提高;与施加预拉力相比,掺入短切钢纤维对薄板力学性能的改善更加显著;对碳纤维织物施加预拉力的同时在薄板中掺入1%的短切钢纤维可显著提高碳纤维的利用率,薄板破坏时碳纤维被完全拉断.     

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.     

玻纤织物增强混凝土界面黏结性能的试验研究

利用MTS万能试验机进行了纤维束的静态拔出试验,分别研究了不同的埋置深度、温度及纤维织物表面改性对耐碱玻璃纤维织物与水泥基体间黏结性能的影响.试验结果表明:玻璃纤维织物与水泥基体的黏结性能与纤维束埋深、纤维织物改性及温度条件存在一定的相关性.在常温条件25℃时,随着纤维束埋置深度的增大(15～25 mm),纤维束的拔出刚度、极限拔出力和拔出功不断增大,等效黏结强度反而呈现减小趋势.在相同的埋置深度(15 mm)下,随着温度的升高,纤维束的拔出刚度和极限拔出力不断降低.温度在25℃至300℃范围时,浸渍环氧树脂或者黏砂处理均能提高纤维束的极限拉拔承载力,且表面黏砂相比浸渍环氧树脂具有更好的增强效果.然而,当温度在400℃和500℃范围变化时,表面浸渍环氧树脂和黏砂对提高玻璃纤维束的极限拔出力影响不太显著,而在一定程度上降低了极限拔出力.     

界面强度对CFRP-混凝土组合梁弯曲性能的影响

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)与混凝土之间的界面黏贴强度是影响CFRP-混凝上组合梁弯曲性能的一个重要因素.文中按CFRP布的黏结长度不同建立了3组不同界面强度的数值模型.模拟了采用位移控制梁的四点弯曲加载过程,分析了界面强度对CFRP-混凝土组合梁宏观弯曲性能的影响.结果表明:界面强度对组合梁的宏观承载力与开裂前刚度影响甚微;但对梁开裂后的刚度与延性影响较大;黏结长度越长,CFRP-混凝土组合梁对界面强度变化的敏感性越大.     

纤维网格增强混凝土复合材力学性能

纤维网格增强混凝土（TRC）是以纤维编织网格为加强材料,以聚合物砂浆为基体的新型复合材料,其力学性能受到不同纤维网格股数和层数的明显影响。为研究这种新型复合材料的力学性能和与其所加固混凝土间的黏结滑移性能,进行了不同股数和不同层数的纤维网格拉伸试验和TRC复合材拉伸试验,以及不同网格层数的TRC?混凝土界面黏结滑移试验,建立了随层数和股数变化的纤维网格拉伸本构模型、TRC复合材拉伸本构模型、TRC?混凝土界面黏结滑移本构模型,为后续研究和工程应用提供理论依据。     

玄武岩纤维织物高延性混凝土拉伸性能

为研究玄武岩纤维织物高延性混凝土（TR-HDC）的拉伸力学性能,设计和制作了36组TR-HDC狗骨形拉伸试件,通过单轴拉伸试验研究织物配网率、PVA短纤维掺量、基体类型和网格间距（5mm、10mm）对TR-HDC拉伸力学性能的影响.试验结果表明：随织物配网率的增加,TR-HDC试件的抗拉强度大幅提高,多裂缝开展特征明显;PVA短纤维的掺入可有效改善织物与基体的界面特性,防止基层的剥离,减少织物与基体之间的滑移,并且提高织物强度利用率;网格间距增大时,掺入的PVA短纤维更容易穿过织物网格,与纤维束充分接触,增加了织物与基体的机械锚固力,使纤维织物的强度利用率提高;基体中粉煤灰掺量的改变对于TR-HDC试件的抗拉强度影响较小,而粉煤灰掺量较多时,试件的应变较大,裂缝间距较小.通过对试验结果进行回归分析,考虑PVA掺量与纤维织物耦合作用,给出了TR-HDC单轴抗拉强度简化计算模型.     

纤维编织网增强混凝土抗渗性能研究

研究纤维编织网增强混凝土(textile reinforced concrete, TRC)外部水分沿其内部纤维束的放置走向迁移,使混凝土基体受损抗渗性能下降.分别在宏、细观层面研究了混凝土基体水灰比、纤维编织网网格尺寸、纤维束Tex含量对纤维编织网增强混凝土抗渗性能的影响,并通过核磁共振试验引入分形维数评价混凝土的粗糙程度.结果表明:纤维编织网增强混凝土的抗渗性能会随混凝土水灰比的增大、网格尺寸的减小、纤维束Tex含量的增大而降低.基于量纲分析法与试验建立了一种TRC渗流预测模型,描述了TRC的抗渗性能.     

纤维编织网增强自应力混凝土梁的弯曲性能

根据ASTMC1018—97规范对纤维网增强自应力混凝土梁的弯曲韧性进行了试验研究,得到了以不同混凝土基体和纤维束Tex含量为影响因素的荷载-挠度曲线.试验表明纤维网的加入以及Tex含量增加可以显著提高自应力混凝土梁的开裂荷载,但此时弯曲韧性指数I5,I10和I20随着开裂荷载的提升逐渐减小.同时建立了纤维编织网增强自应力混凝土这种复合材料受弯时开裂荷载的计算模型,并进行了有限元模拟,理论值、数值模拟结果和试验值吻合较好,表明该计算模型可以用来评价TRSSC梁受弯时的抗裂性能.     

改性纤维编织网增强混凝土加固钢筋混凝土柱抗震性能

为研究掺入聚乙烯醇(PVA)纤维的纤维编织网增强混凝土(TRC)对加固钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的影响,共制作了7根钢筋混凝土柱.其中,1根为对比柱,4根方形柱,1根圆柱,1根矩形柱.除对比柱外,其余6根钢筋混凝土柱均采用TRC加固.通过对7根试件进行低周往复加载试验,分析了不同PVA纤维掺量和截面形式下各试件的抗震性能指标.结果表明:TRC能够有效约束RC柱核心混凝土,掺入一定体积掺量的PVA纤维后,TRC的限裂效果进一步增强,提高了加固柱的开裂荷载和峰值荷载;PVA纤维体积掺量在0.5%以内时,加固柱的延性得到改善,刚度退化速率减慢,耗能能力增强,但随着体积掺量继续增大,延性和耗能能力均有所降低,刚度退化速率增大;TRC加固圆柱的承载能力较低,但延性、刚度退化以及耗能能力均优于其他两种截面形式的TRC加固柱.PVA纤维体积掺量在0.5%以内较为合理,且TRC加固后圆柱的抗震性能更好.     

TRC薄板加固RC梁受弯粘结界面应力分析

对TRC薄板加固RC梁粘结界面应力状态进行了理论分析,得出结论:粘结界面上存在剪应力,该剪应力大小与截面上弯矩成正比,并且和加固层与原混凝土梁之间的弹性模量比相关;提出改善加固梁破坏形态、提高加固效果的措施。     

钢筋混凝土烟囱温度应力浅析

介绍了温度应力对钢筋混凝土烟囱的影响和工程设计中应考虑的问题。     

钢筋混凝土板模态频率的温度效应分析及剔除方法

考虑到温度荷载作用下钢筋混凝土梁桥的模态参数产生变异,进而导致基于动力指纹的桥梁损伤辨识方法精度降低甚至失效。以钢筋混凝土板为例,提出了一种考虑内部温度不均匀分布特性的模态频率温度效应剔除方法。首先,采用主成分分析算法,提取温度主成分,构造了预测模型输入参数;其次,通过遗传优化支持向量回归,建立了钢筋混凝土板模态频率预测模型;最后,结合钢筋混凝土板模态频率长期观测值,基于训练好的遗传优化支持向量回归模型,剔除温度对模态频率的影响。试验结果表明,该方法能够准确预测不同温度分布状态下的模态频率,并有效剔除温度引起的模态频率变化。     

碳纤维增强复合材料加固混凝土粘结性能试验

碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)加固混凝土技术在桥梁工程与建筑工程中有大量应用,而直接影响工程结构加固维修的关键因素是其界面粘结性能,因此开展相关试验研究对保障工程安全具有重大意义。以一种基于专门设计的试验装置进行弯曲剪切试验来研究CFRP-混凝土界面的粘结性能。利用数字图像相关(digital image correlation, DIC)法得到的应变场确定碳纤维布的脱粘长度,同时对碳纤维增强材料的性能进行了理论分析,探讨了试验中的力学响应。结果表明：弯剪破坏的原因是弯矩的增大导致界面粘结强度和极限荷载的降低。通过对比弯剪试验和理论应变分布曲线,证明试验的有效性。粘结区在弯曲作用下产生的正应力有一个固定的有效区域,在该区域以外不会产生正应力。因此,在工程应用中,确定碳纤维布板的剥离长度可以减少维护工作,碳纤维布-钢筋混凝土在受弯曲和拉伸的共同作用下,可以在加载端有效应力区域内进行再加固,增加使用寿命。