高强钢筋与高体积率微钢丝钢纤维混凝土黏结性能试验研究

为提升混凝土与钢筋之间的黏结性能,充分发挥高强钢筋的强度特性,选用直径0.2 mm的镀铜微钢丝钢纤维制备一种纤维体积掺量高达6%,工作性和强度兼备的高体积率微钢丝钢纤维混凝土,研究其与高强钢筋的黏结性能。参考已有的钢筋-混凝土黏结性试验规程相关建议,设计了高强钢筋-混凝土中心拉拔试验,分别研究高强钢筋与高体积率微钢丝钢纤维混凝土和普通混凝土对比组的黏结破坏过程,获得其典型破坏模式、加载端荷载位移曲线和极限黏结强度,进而得到加载端荷载-位移关系模型,并采用数值模拟方法对试验结果进行验证。试验结果表明,高强钢筋-高体积率微钢丝钢纤维混凝土拉拔试件破坏模式由普通混凝土对比组的混凝土劈拉破坏转变为高强钢筋的受拉屈服破坏,黏结强度较普通混凝土对比组试件提高125.5%以上,充分发挥了高强钢筋的强度特性,黏结性能显著改善,数值分析与试验结果较吻合。     

BFRPC与预应力钢绞线黏结-滑移本构模型

预应力钢绞线与玄武岩纤维活性粉末混凝土BFRPC(Basalt Fiber Reactive Powder Concrete)之间的黏结性能，对预应力BFRPC桥梁结构的抗弯承载力、裂缝控制、刚度等性能具有显著影响。为了明晰预应力钢绞线与BFRPC之间的黏结-滑移失效过程，通过中心拉拔试验研究了钢绞线直径和黏结长度对预应力钢绞线与BFRPC之间黏结性能的影响。深入探讨了黏结应力-滑移曲线特征、黏结强度及影响因素；建立了BFRPC与预应力钢绞线的分段式双线型线性黏结应力-滑移本构关系模型；综合考虑钢绞线螺旋缠绕特征与旋转滑移失效模式，修正了预应力钢绞线与BFRPC的极限黏结强度计算模型。研究结果表明：对于相同直径的预应力钢绞线，黏结长度每增加100 mm,初始黏结应力下降15%～18%,极限黏结应力下降20%～23%;泊松效应会削弱混凝土和钢绞线之间的握裹力，使得黏结强度与钢绞线直径成反比；钢绞线与BFRPC的黏结-滑移本构关系模型可有效区分拉拔损伤的线性段和滑移段；建立的极限黏结强度修正模型精度良好，误差控制在理论计算控制线两侧±8%以内。     

预应力混凝土桥梁钢束锈蚀分析

针对锈蚀钢束与混凝土间存在的黏结与滑移问题,基于桥梁分析中常用梁单元的特点,以Saenz公式和Skogman公式分别作为混凝土和预应力钢束的应力—应变本构关系,采用非线性弹簧模拟,提出刚臂元—非线性弹簧元—钢束元的方法,对锈蚀钢束与混凝土之间的黏结滑移进行分析。并以具体工程实例进行了分析计算,证明了所提出的方法用于预应力混凝土桥梁关于钢束锈蚀非线性分析的有效性。     

预应力混凝土桥梁因钢束锈蚀的非线性分析

针对锈蚀钢束与混凝土间存在的黏结与滑移问题,基于桥梁分析中常用梁单元的特点,以Saenz公式和Skogman公式分别作为混凝土和预应力钢束的应力—应变本构关系,采用非线性弹簧模拟,提出刚臂元—非线性弹簧元—钢束元的方法,对锈蚀钢束与混凝土之间的黏结滑移进行分析。并以具体工程实例进行了分析计算,证明了所提出的方法用于预应力混凝土桥梁关于钢束锈蚀非线性分析的有效性。     

基于影响面法的预应力混凝土桥墩延性能力分析

基于响应面法对预应力混凝土桥墩延性能力展开研究。主要分析了纵向钢筋配筋率、箍筋配筋率、预应力钢束的数量和混凝土强度对预应力混凝土桥墩曲率延性系数的影响。参考以往的混凝土桥墩的设计参数,采用Box-Behnken试验设计法,利用数值分析,计算25个预应力混凝土桥墩的延性系数,通过响应面法得到延性系数的回归方程。从计算结果可以看出:预应力钢束的数量对桥墩延性系数影响显著,随着预应力钢束数量的增加,桥墩延性系数曲线减小;随着箍筋配筋率和混凝土强度提高,桥墩延性系数线性增加;随着纵向钢筋配筋率提高,桥墩延性系数略有增加。     

GFRP筋与海水海砂混凝土的黏结疲劳性能

纤维增强聚合物(FRP)筋海水海砂混凝土(SSSC)的黏结疲劳性能研究能为FRP筋海水海砂混凝土结构的疲劳设计提供指导,为此,通过疲劳拉拔试验和理论分析研究了筋材直径和应力水平对玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋与海水海砂混凝土黏结疲劳性能的影响.深入探讨了疲劳黏结应力滑移曲线、疲劳黏结刚度和疲劳滑移量;建立了疲劳上限对...     

非发泡型高聚物与混凝土基体锚固性能研究

为探讨非发泡型高聚物注浆材料在岩质基体中的锚固性能,以非发泡型高聚物和不同强度的混凝土空心圆柱筒为研究对象,采用中心拉拔模型试验,对高聚物锚固体与岩体界面间的黏结性能进行试验研究,并通过ABAQUS有限元软件对不同锚固长度下的极限拉拔力进行模拟计算。结果表明:1)锚固长度及锚固体直径对界面黏结强度有较大影响,且锚固长度的影响更为显著;2)当混凝土基体强度不大于30 MPa时,滑移面发生在基体一侧,且界面黏结强度随混凝土基体强度的增大而增大; 3)拉拔力对黏结强度的分布规律也有较大影响,随着拉拔荷载的增加,黏结强度由随着锚固深度的增加而减小,向随着锚固深度的增加先增大后逐渐减小过渡; 4)ABAQUS有限元软件可以很好地模拟不同荷载作用下轴力及界面黏结力的分布及传递规律。     

重复荷载作用下无粘结部分预应力混凝土梁的抗剪强度

依据８片无粘结部分预应力混凝土梁的试验结果，分析了在重复荷载作用下斜向裂缝、箍筋应力的发展机理及试验梁的破坏现象，研究了抗剪强度随疲劳次数的误差规律，提出了箍筋强度折减系数的计算公式；并对影响箍筋应力主要因素进行了简要分析，在此基础上提出了箍筋应力的计算公式。     

格栅加筋膨胀土拉拔试验测试值的数值模拟

单向土工格栅加筋膨胀土技术在治理膨胀土地区堑坡坍滑方面得到了成功的运用,该技术的关键是筋土间的相互作用力,需通过拉拔试验获得。国内外不少学者尝试用数值模拟来获取土中加筋的拉拔力,而模拟所需参数大多采用经验估算或文献获得。由于一些参数取值与实际不符,导致模拟结果与工程实测值有不小误差。目前通过完成系统试验获得所需参数后再做数值模拟的不多,而先做加筋膨胀土拉拔试验,再对其数值模拟的更鲜见。首先用直剪试验获得了膨胀土的抗剪强度指标,然后用自行研发的大型数控拉拔试验系统完成了单向土工格栅加筋膨胀土拉拔试验,取得了数值模拟所需单位面积刚度系数、筋土界面黏结强度及摩擦角等参数,重新设计并进行了带位移监测且改变施测上覆压力的拉拔试验。运用FLAC3D软件,利用其内置的土工格栅单元对试验测试结果进行了数值模拟。通过对拉拔力、监测位移的模拟结果与试验实测数值间的对比发现:两者误差较小,表明将数值模拟法用于预测加筋膨胀土试验中筋材的拉拔力及位移可行,能方便获取筋土间应力、应变的发生、发展与变化,可减少做拉拔试验的经济和时间成本,为加筋机理研究提供了一种快速便捷的研究方法。     

FRP加固对腐蚀钢筋与混凝土黏结性能的影响

纤维增强聚合物(FRP)具有轻质、高强、抗腐蚀、耐疲劳和施工方便等突出优点,因此,采用FRP加固腐蚀混凝土结构具有广泛的应用前景。从试验方法、拉拔曲线、黏结强度等方面总结了国内外关于FRP加固对腐蚀钢筋-混凝土黏结性能影响的最新研究成果。已有研究表明:FRP横向约束可将钢筋拉拔试件由脆性的混凝土劈裂破坏转变为延性的钢筋拔出破坏;当腐蚀率较小时,FRP约束对保护层较厚试件的黏结强度影响较小,但FRP约束对减缓试件拉拔曲线中黏结应力下降速度,维持黏结应力较为有效,可提高抗震耗能。同时,本文分析了未来研究中需要关注的几个关键问题。     

温差作用下外贴FRP加固混凝土桥梁界面黏结性能研究

对于暴露在强日照或温差较大环境下的纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土桥梁结构,黏结界面中会因温差作用产生一定的温度剪切应力,将减弱界面的后续承载能力。为研究温差作用对FRP加固混凝土界面黏结性能的影响,考虑界面滑移,解析推导了温差作用下弹性-软化-脱黏全过程的界面滑移、黏结应力及FRP应力应变的计算公式,结合试验结果和数值模拟验证了解析式的正确性。分析了环境温差和黏结层数对界面黏结性能的影响,揭示了温差作用下界面黏结剪应力以及FRP正应力的变化规律。解析分析结果表明,温度应力会对界面黏结性能产生不利的影响,实例中界面黏结剪应力最大值能够达到FRP加固混凝土界面剪切强度的51%;粘贴FRP用胶粘剂的玻璃化温度T_g是影响界面黏结性能的关键,当温度未进入胶粘剂玻璃化温度转变区前,界面黏结剪应力呈非线性弹性增长阶段,增加黏结层数可提高界面黏结剪应力;在温度进入胶粘剂玻璃化温度转变区域后,界面滑移呈接近线性分布,界面黏结剪应力分布出现下降段,同时界面黏结强度大幅降低。因此,在实际桥梁工程加固中,须充分考虑环境温差变化对加固结构黏结性能的影响,不可盲目增加FRP黏结层数,且应尽可能采取玻璃化转变温度较高的胶粘剂材料。     

锈蚀箍筋RC梁斜截面抗剪模型对比分析

针对钢筋混凝土梁在箍筋严重锈蚀和轻度锈蚀两种情况下,分别基于极限平衡理论、等效桁架理论和"梁-拱"作用理论,对锈蚀混凝土梁斜截面抗剪承载力进行计算,分析对比了现有锈蚀箍筋混凝土梁抗剪性能的实用性。依据箍筋锈蚀程度不同,提出了锈蚀箍筋混凝土梁抗剪强度计算公式,对建立的锈蚀箍筋混凝土梁的抗剪承载力理论进行了验证。     

GFRP筋与混凝土黏结性能试验研究v

为研究玻璃纤维增强复合材料筋(glass fiber reinforced polymer bars, GFRP 筋)与混凝土的黏结性能及破坏模式,进行了9 组 GFRP 筋与混凝土的单向拉拔试验。试验设计中考虑了GFRP 筋锚固长度、GFRP 筋直径及混凝土强度的变化对GFRP 筋锚固性能的影响。试验结果表明: GFRP 筋与混凝土间的黏结强度随筋材锚固长度及混凝土强度的增加而显著提高;对于筋材直径为12 mm 的试件,其峰值荷载由锚固长度30 mm 对应的24. 4 kN 增加至锚固长度120 mm 对应的71. 5 kN;对于相同几何构造特征的试件 (S-4, S-8 及S-9),其峰值荷载由C30 对应的55. 4 kN 增加至C50 对应的71. 5 kN;此外,试件的破坏模式随筋材直径及锚固长度的增加由筋材受拉断裂转变为筋材拔出破坏或混凝土劈裂破坏;试验所得的试件荷载-滑移曲线表现出典型的4 阶段受力破坏特征,分别为微滑移段、滑移段、下降段和残余段。研究成果可为GFRP 筋在混凝土结构中的应用提供参考。     

螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验研究

为探究螺旋箍筋约束高强混凝土柱的轴心受压性能,开展了42根螺旋箍筋约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了混凝土标准立方体抗压强度(58.0~90.6 MPa)、箍筋屈服强度(480~1 219 MPa)、体积配箍率(1.00%~1.60%)与箍筋间距(45~80 mm)对螺旋箍筋约束混凝土柱受压承载力和变形能力的影响。试验结果表明:箍筋约束混凝土在达到峰值压应力时,约束箍筋可能达不到屈服;约束箍筋的强度和体积配箍率相同时,随着高强混凝土强度的增高,约束混凝土达到峰值压应力时箍筋的拉应变减小;混凝土轴心抗压强度、箍筋屈服强度相同时,随着体积配箍率的提高,约束混凝土峰值压应变增大,相应的横向应变也随之增大,箍筋拉应变也增大。基于试验结果,考察了峰值压应力下箍筋拉应变与体积配箍率、混凝土强度、箍筋屈服强度和箍筋间距之间的关系,建立了峰值压应力下约束箍筋拉应变计算公式。拟合得到了约束混凝土峰值压应力f_cc、峰值压应变ε_cc、下降段曲线的特征参数(峰值压应力后85%峰值应力下的轴向压应变ε_c85、50%峰值压应力的轴向压应变ε_c50)的计算公式。给出了考虑体积配箍率、混凝土轴心抗压强度、箍筋间距和箍筋屈服强度影响的箍筋约束高强混凝土的轴心受压应力-应变关系模型。     

腐蚀预应力混凝土桥梁抗力退化预测方法

针对氯盐环境下预应力混凝土桥梁中钢绞线锈蚀引起的抗力退化问题,以一座服役预应力混凝土桥梁为例,考虑钢绞线锈蚀初始和发展过程、锈蚀导致的钢绞线截面积减小、钢绞线强度降低以及钢绞线与混凝土间的黏结性退化,采用Monte Carlo数值模拟方法,建立了锈蚀预应力混凝土桥梁构件抗力退化预测概率模型,分析了锈蚀对预应力混凝土桥梁构件抗力水平的影响。研究结果表明:钢绞线锈蚀开始阶段,坑深增长较快,且各个蚀坑的差值较小;随锈蚀的发展,坑深增长逐渐变缓。锈蚀初始时间服从对数正态分布,不同时刻抗力可用正态分布来表征。     

GFRP筋与混凝土黏结性能试验研究

为研究玻璃纤维增强复合材料筋(glass fiber reinforced polymer bars, GFRP筋)与混凝土的黏结性能及破坏模式,进行了9组GFRP筋与混凝土的单向拉拔试验。试验设计中考虑了GFRP筋锚固长度、GFRP筋直径及混凝土强度的变化对GFRP筋锚固性能的影响。试验结果表明:GFRP筋与混凝土间的黏结强度随筋材锚固长度及混凝土强度的增加而显著提高;对于筋材直径为12mm的试件,其峰值荷载由锚固长度30 mm对应的24. 4 kN增加至锚固长度120 mm对应的71. 5 kN;对于相同几何构造特征的试件(S-4,S-8及S-9),其峰值荷载由C30对应的55. 4 kN增加至C50对应的71. 5 kN;此外,试件的破坏模式随筋材直径及锚固长度的增加由筋材受拉断裂转变为筋材拔出破坏或混凝土劈裂破坏;试验所得的试件荷载-滑移曲线表现出典型的4阶段受力破坏特征,分别为微滑移段、滑移段、下降段和残余段。研究成果可为GFRP筋在混凝土结构中的应用提供参考。     

无黏结预应力筋极限应力增量试验分析

从技术的角度讨论了无黏结预应力混凝土结构应用于桥梁工程的可行性,以推进无黏结预应力技术在桥梁工程中的应用.通过模型试验研究,建立了无黏结预应力筋应力增量与综合配筋指标,混凝土相对受压区高度与综合配筋指标的关系式.同时为满足承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求,必须对无黏结部分预应力混凝土受弯构件进行合理设计,建立了无黏结部分预应力混凝土极限应力增量分析方法.     

水泥混凝土路面-环氧沥青超薄罩面层间黏结性能试验研究

水泥混凝土路面加铺环氧沥青混凝土超薄罩面,可在相对较低建设成本下,充分发挥环氧沥青混凝土高性能的优势,解决路面行车舒适性、安全性及耐久性问题,同时可结合水泥混凝土路面长寿命结构特点,建造长寿命高性能路面结构。为评价该路面结构的层间黏结性能,采用环氧沥青、SBS改性沥青作为层间黏结材料,利用自行设计加工的斜剪、拉拔夹具,通过斜剪、拉拔试验,研究了洒布量、试验温度、加载速率、界面浸水及老化等因素对该路面结构层间黏结性能的影响。试验结果表明:(1)浸水损害条件对层间黏结性能的影响十分显著,浸水后环氧沥青剪切、拉拔强度分别下降47.4%,30.7%,而SBS改性沥青下降75.1%,30.3%;(2)SBS改性沥青作为层间黏结材料,老化后的层间黏结性能衰减较为突出,剪切、拉拔强度分别下降23.0%,60.5%;(3)针对该路面结构,环氧沥青黏结材料层间黏结性能显著优于SBS改性沥青。     

锚固段穿越双地层拉力型锚索拉拔力学模型及应用

预应力锚索灌浆体与周围岩土体结合面的极限黏结强度是预应力锚索设计优化的基础参数，然而该参数的取值目前还严重依赖于经验，尤其对于锚固段穿越双地层的工况。此外，预应力锚索现场拉拔试验只是被用来验证初步设计方案是否满足极限承载力要求，并未与设计方案优化建立定量联系。基于对拉力型预应力锚索工作状态作出的合理化假设，建立了适用于锚固段穿越双地层的拉力型预应力锚索拉拔传力机理力学模型，即弹簧-粘片力学模型。该模型给出了锚索锚固段剪应力状态处于不同阶段时的锚固段剪应力分布函数、拉拔力上下限以及拉拔力-始端位移理论关系式。通过将弹簧-粘片力学模型与现场拉拔试验相结合，提出了一种适用于锚固段穿越双地层的预应力锚索极限黏结强度的半解析预测方法。通过与实际工程中的预应力锚索现场拉拔试验成果及三维有限差分数值分析的对比，验证了该预测方法的有效性及其在预应力锚索设计优化中的应用性。研究结果表明：采用所提出的半解析预测方法确定锚固段穿越双地层的预应力锚索极限黏结强度时，只需开展一组现场拉拔试验，从而克服了仅依靠现场拉拔试验获取双地层中极限黏结强度时需开展至少2组现场拉拔试验的缺点，可大幅节约工程造价且有效缩短了工期，具有较好的工程应用前景。     

预应力筋非线性松弛对连续刚构桥的影响

基于前期研究建立的非均匀预应力筋松弛损失简化计算模型,以某跨越大渡河桥梁为研究对象,对预应力混凝土连续刚构桥进行主梁施工全过程应力和挠度变化数值模拟,分析由于施工控制不当引起的非均匀预应力筋非线性松弛对成桥线形和控制截面预应力度的影响。另外,通过改变预应力筋锚下有效预应力离散程度的大小来模拟预应力施工质量控制的变异,结果表明:预应力筋锚下有效预应力离散程度增大对预应力混凝土连续刚构桥主梁的预应力度和成桥线形均有直接负面影响。因此,在桥梁工程中应对其予以足够重视并针对性地采取预应力精细化施工控制措施。