FRP筋混凝土界面疲劳性能的有限元分析

为研究纤维增强复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer)筋混凝土界面在疲劳荷载作用下的粘结性能,利用有限元软件ANSYS建立FRP粘结式锚具组装件模型,通过对模型施加疲劳荷载,得到各参数对组装件疲劳寿命的影响。研究结果表明,有限元分析结果与试验结果吻合较好,说明该有限元模型具有良好的可靠性。得到了锚固长度、应力水平以及应力幅值等对CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋在活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)中的粘结疲劳寿命的影响规律。     

Fatigue Behavior of Bond-type Anchorage with CFRP Tendon

CFRP预应力筋锚固系统的系统研究成果尤其是疲劳性能研究仍较少,采用疲劳试验机对以高性能活性粉末混凝土RPC作为新型粘结介质的CFRP预应力筋粘结式锚具的疲劳性能进行试验研究,CFRP预应力筋锚固系统疲劳试验采取对组装件交替施加静荷载和疲劳荷载,即用静载试验来检验组装件在经历一定次数重复荷载后的静力性能变化.试验结果表明该类锚具具有良好的抗疲劳性能,随着循环加载次数的增加,组装件之间的相对位置将趋于更加稳定的状态;循环加载过程中CFRP筋抗拉刚度略有降低,疲劳136万次与疲劳前组装件CFRP筋的抗拉刚度比值为93.7％.循环荷载作用下对粘结式锚具组装件有损伤,但当所施加的荷载未超过其极限破断力的40％时,CFRP筋与RPC之间的相对位置将保持比较稳定的状态,此时存在一定损伤的粘结式锚具组装件仍具有较好的承载能力.     

极限状态时CFRP筋粘结式锚具粘结应力分布

结合不同荷载水平下CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer／Plastics）筋的粘结应力分布特点，详细分析了荷载传递机制，论证了极限状态时粘结应力分布是光滑平顺的，并指出了BBA模型的不足之处，从而提出了光滑曲线模型，对CFRP筋沿锚固长度方向的粘结应力和轴力计算公式进行了推导，通过算例对光滑曲线模型的可靠性进行了验证。研究表明，极限承载力的计算结果与实测结果吻合较好，但由于理论模型中峰值应力为埋长小于13倍CFRP筋直径的平均粘结应力，它比实际峰值应力小，导致极限承载力的计算结果均比实测结果小；光滑曲线模型比BBA模型更靠近实测结果；锚固长度越大，极限状态下粘结应力分布越不均匀，极限拉力的实测结果与理论结果差值也越大。研究成果可以为粘结式锚具的设计提供参考。     

CFRP筋在活性粉末混凝土中的粘结应力分布

通过试验研究了碳纤维增强复合材料(CFRP)筋在活性粉末混凝土(RPC)中粘结应力沿埋长的分布,得到了CFRP筋在RPC中的应力-应变关系、荷载-滑移关系以及粘结应力沿埋长的分布曲线,并建立了粘结应力的位置函数计算式。在试验研究的基础上,从粘结锚固性能的平衡方程、变形方程以及本构方程出发,推导了粘结应力、CFRP筋轴向应力、滑移量以及位置函数等锚固变量沿锚长分布的理论计算公式。结果表明:粘结应力和CFRP筋应力沿埋长分布的实测曲线与理论推导预测曲线吻合较好,理论推导具有可行性;CFRP筋轴力沿埋长线性增加;CFRP筋在RPC中的粘结应力沿埋长分布较为均匀;钢套筒的存在使得粘结应力分布趋向于更加均匀;混凝土抗压强度和CFRP筋直径越大,粘结应力沿埋长分布越均匀;锚固长度越大,粘结应力沿埋长分布越不均匀;弹性模量越大,粘结应力沿埋长分布越均匀,且以CFRP筋的弹性模量对粘结应力分布的影响最大,钢套筒的弹性模量次之,混凝土的弹性模量最小。     

CFRP筋钢骨混凝土组合梁受弯性能

为研究CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)筋钢骨混凝土组合梁的抗弯性能,试验设计了3片CFRP筋钢骨混凝土组合梁,其中对比参数包括不同弹性模量的受拉主筋和不同CFRP筋配筋率,通过静载试验得到了钢骨混凝土组合梁在应变、挠度、裂缝开展以及抗弯承载能力等方面随着荷载增加...     

CFRP筋新型机械夹持-黏结型复合式锚具短期静力性能试验

为充分发挥CFRP筋高强轻质的特性,设计了一种新型机械夹持-黏结型复合式锚具,通过改变锚具的黏结长度、黏结介质倾角和黏结介质掺合料,以及是否设置夹片等参数,对6组锚具进行试验研究,测试CFRP筋新型锚具的极限荷载、荷载-滑移曲线、筋材应力和锚具钢套筒应力分布,分析不同参数对新型锚具锚固性能的影响规律,并与未设置夹片的对照组锚具进行比较,最后对3根CFRP筋材的复合式锚具锚固效果进行了试验验证。试验结果表明：新型锚具最终失效形式均表现为筋材破断破坏,且锚具锚固效率系数均满足规范规定的大于0.9的要求;筋材滑移量随着锚具黏结部分长度的增大而减小,合适的锚固长度宜为30~40倍筋材直径;锚具黏结部分倾角的减小会造成顶推力的减小,并造成锚具加载端与自由端滑移量差值增大;黏结介质中适度的掺砂量能够提升锚具的锚固性能,但当掺砂量超过一定程度时,将影响黏结介质本身的胶结性能,建议掺砂量不超过10%;无夹片组失效模式为筋材与胶体黏结滑移失效,锚固效率低,而新型复合式锚具由于顶推力的存在不仅能够减小锚具的整体滑移量,而且能够有效避免锚具在加载端的应力集中现象,极大改善锚具受力性能,提高锚具的锚固效率;该新型复合式锚具对多根CFRP筋材同样具有良好的锚固效果。     

重复荷载作用下CFRP布-混凝土界面黏结-滑移模型

碳纤维增强复合材料(CFRP)布-混凝土界面黏结-滑移关系是进行外贴CFRP布加固混凝土结构受力分析的基础.考虑重复应力水平、混凝土强度、CFRP布与混凝土的宽度比和CFRP布黏结长度的影响,采用梁铰式试件,进行CFRP布-混凝土界面性能试验,研究静力荷载和重复荷载作用下CFRP布-混凝土界面黏结-滑移本构关系.在已有...     

NSM CFRP-混凝土界面疲劳黏结性能研究

NSM CFRP加固技术能显著提升混凝土结构的受力性能,已受到桥梁结构加固领域的广泛关注.CFRP与混凝土界面的可靠黏结是充分发挥加固效果的前提,目前针对静载下界面黏结性能的研究相对较多,但关于界面疲劳黏结性能的研究十分有限.为此,开展了疲劳荷载下的单剪拔出试验,通过对黏结界面的疲劳寿命、应力分布、滞回曲线、骨架曲线、...     

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。     

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。     

体外配置CFRP预应力筋RPC梁受弯性能非线性分析

为研究钢纤维对体外配置碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)预应力筋活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)梁受弯性能的影响大小,探讨能否凭借RPC中钢纤维的掺入代替普通钢筋的作用,以预应力度为试验参数,进行两根体外配置CFRP预应力筋RPC梁受弯加载试验,明确梁的受力破坏过程特征。试验结果表明:梁内未配置任何普通钢筋、预应力度为1.0的全预应力梁发生少筋特征的脆性断裂破坏;梁内配置普通钢筋、预应力度为0.71的部分预应力梁,其承载能力及极限变形较全预应力梁分别提高88.7%和18.1%,破坏模式为梁内非预应力钢筋屈服、受压区混凝土压碎的延性破坏。钢纤维的掺入对全预应力梁抗弯性能的提升作用有限,普通钢筋的配置对体外CFRP预应力RPC梁受弯性能的改善作用显著,因此实际工程中不宜过高估计钢纤维的作用而取消体内非预应力钢筋的配置。基于试验结果编制非线性分析程序,并据此对部分预应力梁进行了数值参数分析,结果表明:相比体外CFRP预应力普通混凝土梁,采用RPC更能发挥CFRP筋的高强特性;有效预应力及预应力度的改变对体外CFRP预应力RPC梁极限变形的影响显著高于对其承载能力的影响。     

表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面黏结性能的试验研究

通过34个表层嵌贴CFRP板条的混凝土棱柱试件的单剪试验,考察了混凝土强度、黏结长度、开槽宽度、槽壁厚度等因素作用下表层嵌贴CFRP板条的混凝土试件的破坏形式、黏结承载力和CFRP应变分布等性能,分析了上述因素对CFRP板条-混凝土界面黏结性能的影响.试验结果表明:嵌贴CFRP板条-混凝土间的黏结承载力随混凝土强度增大而提高;在界面极限荷载随黏结长度增加而增大,破坏形式由界面黏结破坏转变为CFRP拉断,未观察到有效黏结长度存在;剥离后黏结界面存在残余摩擦力,并与黏结长度近似线性相关;开槽宽度增大时试件黏结承载力有所提高,但未观察其到对界面黏结行为产生显著影响;槽壁厚度过小时试件黏结承载力下降,并发生界面黏结破坏或槽壁混凝土破坏,槽壁厚度超过40 mm后CFRP-混凝土界面黏结性能趋于稳定.     

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...     

不同锚固方案下CFRP板增强混凝土板梁力学性能研究

为了研究碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)板增强钢筋混凝土板梁的力学性能,基于CFRP板的混合锚固提出了改进的混合锚固方案(Improved Hybrid Bonding,IHB),并采用该种锚固方案对不同附加锚固位置下对增强梁受弯性能的影响展开了研究.采用了三点弯曲的加载方法对CFRP板增强梁进行了性能试验,采用有限元软件ABAQUS对试验梁进行了数值分析,并引入了不用界面本构模型来模拟附加锚固措施的各种边界条件.从试件破坏形态、裂缝扩展状况、荷载挠度关系、CFRP板—混凝土界面剪应力等方面,对比分析了试验结果和有限元模拟结果.研究表明,采用本文提出的IBH附加锚固方案可有效提高钢筋混凝土结构的承载能力,且当采用与试件F—B相同锚固位置时混凝土梁的承载能力更高;IHB—CFRP板增强结构的界面剥离破坏表现为表层混凝土的剥离,且主要集中在跨中锚固件位置附近.     

有黏结预应力CFRP板加固RC梁抗弯疲劳试验与理论分析

为研究有黏结预应力CFRP板加固混凝土梁的疲劳性能,共设计了6根构件,其中疲劳试验构件3根,静载试验构件3根。通过200万次疲劳加载过程中疲劳构件的钢筋、CFRP板和混凝土的应变及荷载-挠度曲线分析,研究了预应力水平、锚固方式对加固混凝土梁的疲劳性能的影响,试验结果表明:有黏结预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的疲劳性能以及疲劳后静力性能良好;预应力水平的提高可以降低试件在疲劳荷载作用下钢筋和梁顶混凝土的应力水平,延缓试件刚度退化;试验采取的两种锚具工作性能良好且差别不明显。通过对试验值进行回归分析,得到了有黏结预应力CFRP加固混凝土梁的疲劳刚度退化规律,并修正了适合有黏结预应力CFRP板加固混凝土构件的疲劳损伤累积计算公式,计算结果表明:该计算公式能够通过疲劳损伤累积规律反算构件的剩余疲劳寿命;有黏结预应力CFRP加固混凝土梁与钢筋混凝土梁的疲劳损伤累积规律存在明显不同,其疲劳损伤累积第1阶段小于疲劳寿命的1%,第1阶段历时更短且第2阶段疲劳损伤累积速率更低;疲劳损伤累积的第1阶段和第2阶段的曲线斜率均为常数并与钢筋最大初始应力有关;提高CFRP板预应力水平能够降低疲劳损伤累积,延长加固构件疲劳寿命。     

型钢-钢纤维混凝土黏结应力组成及影响因素分析

为了研究型钢-钢纤维混凝土界面的黏结应力组成,以截面类型、界面锚固长度、钢纤维掺量和钢纤维混凝土保护层厚度为变化参量,完成了34根试件的推出试验,分析了试件的损伤破坏及裂缝发展形态,获得了加载端和自由端的荷载-滑移曲线。基于荷载-滑移曲线上的4种临界状态,根据界面黏结应力与外荷载的平衡关系,提出了黏结应力各组成部分的计算公式,最后分析了各因素对界面黏结应力的影响规律。研究结果表明：黏结界面的失效可分为3个阶段,即界面无损阶段、界面黏结部分失效及裂缝发展阶段、界面黏结完全失效及试件破坏阶段;型钢与钢纤维混凝土界面的黏结应力是由化学胶结应力、摩擦应力和机械咬合应力3种应力共同组成,黏结应力沿界面长度方向呈非均匀分布状态,其中化学胶结应力只存在于固定黏结扩散区;界面黏结应力组成中,化学胶结应力所占比重最大,摩擦应力次之,机械咬合应力最小;化学胶结应力随界面锚固长度的增加而减小,摩擦应力随钢纤维混凝土保护层厚度和钢纤维掺量的增加而增大,机械咬合应力随钢纤维混凝土保护层厚度的增加而增大。     

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。     

预应力束断后黏结性能退化试验与模拟研究

针对氯盐环境下后张预应力混凝土（PC）梁端锚区预应力束锈蚀断裂问题,该文采用电化学加速锈蚀试验得到3个端锚区预应力束断裂后的PC构件,开展静力拉拔试验,研究混凝土强度和箍筋直径对断后预应力束黏结性能的影响。结果表明：钢绞线黏结破坏始于拉拔端,并向自由端逐渐发展;提高混凝土强度等级和箍筋直径可提高预应力束与混凝土界面间的黏结性能。采用Abaqus软件对断后预应力束黏结性能进行数值模拟,结果表明：黏结-滑移的数值模拟结果和试验值变化规律一致,吻合度较高;混凝土和预应力束的应力云图表明：混凝土和预应力束的应力沿试件拉拔端向自由端折减,应力传递过程中伴随着应力损失。     

大吨位CFRP拉索锚固系统静力性能研究

为研究大吨位CFRP拉索锚具的锚固性能及极限承载力,实现CFRP拉索的可靠锚固,设计了19根CFRP筋大吨位机械夹持-黏结型复合式锚具,对其进行了静载试验研究和理论分析.试验中对筋材滑移、筋材应变和钢套筒应变分布进行测试;利用ANSYS软件建立大吨位锚具有限元模型,对筋材滑移量、钢套筒环向和纵向应变进行分析,探明了锚固...     

配置碳纤维(CFRP)吊杆和系杆混凝土拱桥的力学性能

对近年在土木工程领域开始应用的碳纤维复合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)的物理力学性能作了介绍,并与钢绞线的力学性能进行了对比,通过算例,分析了配置碳纤维(CFRP)吊杆和系杆的大跨混凝土系杆拱桥力学性能,可以看到CFRP材料在大跨混凝土系杆拱桥中是一种很有发展前途的新型材料.