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。     

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。     

UHPC与普通混凝土界面黏结性能研究综述

对比分析了超高性能混凝土(UHPC)与普通混凝土(NC)黏结界面的力学性能和耐久性能,评述了UHPC-NC界面黏结影响因素、力学性能、耐久性能3方面的研究成果.对UHPC-NC界面力学性能产生影响的纤维增强机理、约束收缩机理及冻融损伤机理进行了研究,分类讨论了黏结面力学试验和耐久性试验方法及试验结果.阐述了UHPC-NC界面破坏模式和力学性能研究成果,并对UHPC加固性能劣化NC桥梁进行展望.结果表明:UHPC纤维和界面处理情况对界面黏结性能影响显著;UHPC-NC黏结界面的力学性能和耐久性能明显优于NC-NC界面,耐久性能表现最优越.     

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.     

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.     

低龄期下CFRP-钢界面黏结性能试验研究

对低龄期下CFRP-钢双剪试件进行了轴向拉伸试验,研究了不同养护时间下CFRP-钢黏结界面峰值滑移量、黏结刚度、有效传力长度及极限承载力的变化规律.试验结果表明:CFRP-钢界面峰值滑移量随养护时间的增加而减小;养护1 d时界面具有比较稳定的承载力和维持自身稳定的刚度;养护3 d内强度和刚度迅速增加,有效传力长度迅速减小,5~7 d内各参数趋于稳定,由此认为合理养护时间应不少于3 d.基于此,推算出CFRP-钢界面的养护时间建议值及不同低龄期下CFRP-钢黏结承载力计算公式,为CFRP在钢结构中的加固设计提供依据.     

混杂FRP加固腐蚀钢筋混凝土圆柱基于位移性能的抗震设计

采用简化的双线性纤维增强聚合物(FRP)约束混凝土应力-应变曲线模型,对地震荷载作用下的混杂FRP约束完好混凝土圆柱进行了近似的截面延性分析,再从钢筋有效截面面积的减少、钢筋力学性能的降低和钢筋-混凝土黏结界面的弱化三个方面考虑钢筋腐蚀对截面延性的影响,建立了计算混杂FRP加固腐蚀混凝土圆柱潜在塑性铰区延性的简单适用模型,并编写了无需迭代的混杂FRP加固腐蚀混凝土柱基于位移性能的抗震设计程序.     

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.     

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。     

持载和冻融循环对CFRP-高强混凝土界面的影响

目的研究持续荷载与冻融循环共同作用下CFRP-高强混凝土的界面粘结性能.方法利用自制的持续加载装置对CFRP-高强混凝土试件施加不同等级的持续荷载并经过100次冻融循环后,通过双面剪切试验对界面的粘结性能进行研究.结果100次冻融循环作用后混凝土强度增长了1.4%.持载冻融作用下,CFRP片材的弹性模量最大差值没有超过4%.在12 kN的持续荷载和100次冻融循环共同作用下,破坏荷载与常温环境下的对比试件相比降低了1.6%,而极限端部滑移增加了1.5%,持载冻融条件并没有对破坏荷载和极限端部滑移产生显著影响,但在靠近加载端附近产生损伤区域,此区域内界面的剪切模量降低,界面破坏形态也发生了明显的变化.结论高强混凝土和CFRP片材有良好的抗冻性,在持载冻融环境下,CFRP加固高强混凝土结构具有较好的耐久性.     

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...     

CFRP加固素混凝土方柱试验研究

通过18根短柱试件的加载试验，研究了CFRP（碳纤维复合材料）加固对素混凝土短柱力学性能的影响。由于在高腐蚀环境下，表面粘贴CFRP还具有防腐作用，因此还研究了粘贴方式对加固力学效果的影响。试验结果表明：外包CFRP加固对素混凝土方形短柱的轴心抗压承载力有显著提高；采用完全外包的加固方式，在力学性能上不优于分条加固方式，但综合其力学性能和防腐作用后还是可取的；粘贴碳纤维加固素混凝土方柱尽管提高了承载力，但在延性上有所降低，对于抗震要求较高的构件进行CFRP加固设计时，要考虑到该因素。     

大尺寸CFRP约束混凝土方柱的轴心抗压试验研究

试件的尺寸对于碳纤维增强塑料(CFRP)约束混凝土柱的性能具有重要影响,但目前在CFRP约束混凝土尺寸效应方面的研究基本上还处于空白.基于对7种不同倒角半径的大尺寸CFRP约束混凝土方柱的轴心抗压试验,获取了各组试件的破坏模式、抗压强度、应力-应变曲线、外包CFRP应变分布等基本力学性能,并与已有小尺寸试件的试验结果进行比较和分析.研究结果表明,试件的抗压强度随倒角半径比的增大而增大,外包CFRP对直角试件几乎无增强作用;所有试件的破坏都是由外包CFRP的拉断所导致,断裂位置均位于倒角范围内,应力集中的现象明显;约束效应比MCR可以较好地反映尺寸效应对抗压强度影响,试件尺寸的增大显著降低CFRP的约束效应;外包CFRP的极限应变低于其材性试验结果35%以上,明显大于对应的小试件试验结果;已有模型的计算结果与本试验的实测结果存在显著差异,故有必要考虑尺寸效应的影响.     

混凝土梁侧面粘贴CFRP布的结构加固性能的试验研究

研究采用在混凝土构件侧面粘贴碳纤维布这种新形式加固受弯构件的受力性能，试验研究共设计了4根少筋梁，试验时，先通过2个对称的集中荷载将梁预加载至纯弯段出现一道主裂缝并失效，然后，卸载并用碳纤维布粘贴于梁侧面受拉区予以加强，待粘贴树脂固化后，再重新加载至梁的极限荷载，试验重点研究了该种加固梁的极限荷载，变形，开裂和碳纤维布粘贴形式对加固效果的影响，试验结果表明，该种加固梁不但承载力提高显著，而且具有很好的延性，消除了原来在梁底粘贴碳纤维加固梁在极限状态时因碳纤维布突然断裂而出现的脆性破坏现象，基于试验研究结果，导出了这种加固梁承载力的实用计算方法，该方法计算精度较好且偏于安全，可直接应用于实际加固工程，特别是当构件底面有管道等障碍物时。     

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.     

海水环境下碳纤维复合材料混凝土的强度试验

为研究碳纤维复合材料(CFRP)对腐蚀防护的效果,采用实验室加速腐蚀的试验方法,利用人工海水对2种不同强度等级的CFRP混凝土小柱分别采用不同加固方案进行侵蚀,并对腐蚀后的试件进行抗压力学性能测试.采用强度及其退化率来考察腐蚀程度、混凝土强度等级及加固形式对试件抗压性能的影响.结果表明,CFRP具有良好的腐蚀防护效果,可改善试件力学性能,且加固方案对腐蚀防护具有一定的影响.     

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.     

碳纤维增强复合材料编织网混凝土梁试验研究

将碳纤维增强复合材料（CFRP）编织成正交网格,并经环氧树脂胶固化形成受力骨架,代替钢筋混凝土梁中的钢筋,以解决普通钢筋混凝土中钢筋易锈蚀的问题。通过对3根不同配筋率的CFRP编织网混凝土梁的弯曲性能试验,观察在各级荷载作用下构件的应变变化、挠度发展、破坏过程及破坏特征,对其受弯承载力及抗弯刚度等弯曲性能进行分析。试验结果表明：CFRP编织网与混凝土有良好的粘结性能,二者协同受力性能良好;破坏前,试件有明显的塑性变形,有明显的破坏预兆,延性性能较好;随着配筋率的提升,构件承载能力、抗弯刚度较大幅度提升。试件破坏时,CFRP编织网纵向受力筋均未达到其抗拉强度,故在以后的试验中可对编织网的纵向受力筋施加一定的预应力,以提高CFRP编织网的利用率。     

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.     

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．