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。     

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。     

人工气候下腐蚀预应力钢绞线的力学性能研究

为了研究腐蚀预应力钢绞线的力学性能,通过人工气候试验箱获取了腐蚀预应力钢绞线样本,进而开展静力拉伸和电镜扫描试验,分析腐蚀对预应力钢绞线屈服强度、极限强度、极限应变及弹性模量的影响,探讨腐蚀预应力钢绞线微结构和断口变化特征,并在此基础上建立了腐蚀预应力钢绞线本构关系模型。研究结果表明:腐蚀对钢绞线力学性能的影响随着腐蚀程度而逐渐发生改变。在腐蚀率较低的情况下,钢绞线的极限应变随腐蚀率的增加近似地线性降低,极限强度轻微下降,腐蚀对钢绞线弹性模量与屈服强度影响较小;当腐蚀率增大到临界值后,钢绞线的极限应变减少较大,具有明显脆性失效特征,但对弹性模量与屈服强度的影响依然较小。钢绞线轻度腐蚀时,其本构模型可用弹性-硬化双线性模型表征,当腐蚀率超过临界值时,其本构关系转变为单线性模型。     

体外预应力钢-混凝土组合连续梁试验研究

进行了预应力钢-混凝土组合连续梁的静载全过程试验，分析了荷载-跨中变形特征，沿梁长度的滑移分布规律，截面高度方向的应变分布、预应力筋应力变化以及连续梁的内力重分布机理、破坏模态与极限强度；非线性有限元分析结果、简化计算模型预测结果与试验结果吻合较好。     

表层嵌贴CFRP-混凝土结构的黏结性能研究

为研究嵌贴的CFRP与混凝土间的黏结性能及黏结滑移关系，对22个嵌贴CFRP加固混凝土棱柱体试件进行了单剪拔出试验，考察了混凝土强度、槽宽、槽边距、树脂保护层厚度、及构件截面尺寸等因素对嵌贴CFRP-混凝土界面的黏结承载力、破坏模式、黏结刚度、黏结滑移关系等性能的影响；在试验结果基础上提出了含残余摩擦段的三段式黏结滑移关系模型，进而明确了混凝土强度与槽边距等因素与峰值黏结应力等模型特征参数的相关性，最终在上述工作基础上建立了首次考虑混凝土强度、槽宽、槽边距等多因素影响的黏结滑移关系模型。研究结果表明：所考察的各因素对嵌贴CFRP与混凝土界面的黏结性能及黏结滑移关系存在显著影响；运用最小二乘法得到的含特征参数的黏结滑移关系模型对界面断裂能的预测精度优于现有其他模型；所建立的考虑多因素影响的黏结滑移关系模型预测的峰值黏结剪应力与文献试验实测值的相关系数为0.65，预测精度较高。     

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...     

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。     

钢筋与钢纤维再生混凝土黏结滑移性能及模型

为了推广钢纤维再生混凝土在道路、桥梁等工程中的应用,以再生骨料取代率(0%、30%、50%和100%)和钢纤维体积率(0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)为试验参数,设计了11组不同配合比的钢纤维再生混凝土,制作了33个钢筋与钢纤维再生混凝土黏结试件,进行内贴应变片的钢筋与钢纤维再生混凝土黏结试件的拔出试验。结果表明:钢筋与钢纤维再生混凝土黏结应力沿黏结区段的分布存在2~3个峰值,黏结段内的黏结刚度沿黏结长度变化是引起黏结应力和滑移沿黏结段不均匀分布的主要原因;黏结刚度分布的均匀性随再生骨料取代率的增加而提高,再生骨料取代率为50%时的黏结刚度分布均匀性较好;掺入钢纤维后,黏结刚度均匀性得到了提高,但钢纤维体积率2.0%试件的黏结刚度均匀性变差;加载端滑移随再生骨料取代率的增加而增大,随着钢纤维体积率的增加而降低;黏结应力分布均匀性随再生骨料取代率和钢纤维体积率的增加而提高,距离自由端最近的峰值应力随再生骨料取代率的增加而增大,钢纤维体积率的影响较小;钢筋与钢纤维再生混凝土黏结应力滑移曲线的形状不随黏结位置的变化而改变。最后,提出了考虑再生骨料取代率和纤维体积率影响的钢筋与钢纤维再生混凝土黏结-滑移本构模型。     

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。     

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。     

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。     

基于ABAQUS对钢纤维混凝土界面强度分析

钢纤维对混凝土的增强效果与钢纤维-混凝土基体界面过渡区的黏结性能密切相关,因此界面过渡区的力学性能研究在钢纤维混凝土结构设计中一直是重要的研究课题。为了研究钢纤维与混凝土之间界面过渡区的力学性能,应用混凝土损伤塑性模型(CDP模型)和内聚力单元,建立了含有界面的钢纤维混凝土二维模型,得到了黏结应力滑移曲线与计算的黏结应力滑移4段式模型曲线吻合较好,说明了模型的合理性。应用此模型对钢纤维混凝土界面进行了抗剪强度和抗拉强度研究,分析了混凝土基体和界面损伤、破坏过程。结果表明:界面强度对钢纤维混凝土的力学性能影响显著,钢纤维混凝土界面的抗剪强度在1.35f_(tk)左右、抗拉强度在1.07f_(tk)左右,钢纤维和混凝土的黏结效果最好,承载能力最强;随着界面强度的增加,由界面失效逐渐转变为混凝土基体失效;当界面抗剪强度在0.84f_(tk)～1.40f_(tk)之间,钢纤维混凝土主要是界面发生失效,但混凝土基体也有微弱的刚度退化;当界面抗拉强度在0.79f_(tk)～1.07f_(tk)之间,钢纤维混凝土的界面有刚度退化,但主要是混凝土基体发生失效。通过数值分析得到的结果,可为实际工程中钢纤维混凝土的界面黏结优化设计提供参考。     

预应力筋的传递长度：预应力筋回缩量与初始预应力的函数

介绍预应力混凝土构件中预应力筋传递长度的计算公式，从力筋滑移量导出粘结应力，以７丝钢绞线说明的传递长度，回缩量，初始预应力三者的关系。     

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。     

钢绞线腐蚀时变效应对预应力混凝土梁桥影响研究

基于混凝土碳化理论分析预应力筋腐蚀开始时间,提出预应力钢绞线腐蚀截面积退化时变模型。通过已有试验成果对比研究,提出由腐蚀电流密度和时间表达的腐蚀钢绞线力学性能退化时变模型,包括名义极限强度、极限延伸率、名义弹性模量时变模型;并推导建立由于钢绞线腐蚀引起的预应力损失时变模型。在此基础上,以预应力混凝土空心板桥为例,分析预应力钢绞线腐蚀后其梁体应力、抗弯承载力和可靠度等的经时变化。研究表明:预应力筋是预应力混凝土梁桥性能表现的重要参数,一旦发生腐蚀,其应力水平、抗弯承载力及可靠度将急剧下降,在短短几年内就可能危及桥梁的安全。     

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...     

钢管混凝土的界面黏结-滑移性能数值分析研究

为了更好地描述钢管混凝土界面黏结-滑移关系,该文基于已有试验研究提出了适用于钢管混凝土界面黏结-滑移关系的简化模型,通过对比已有试验结果和黏结强度简化计算表达式的计算结果对公式的有效性进行了验证。基于简化黏结强度计算公式模型,该文结合数值分析软件中的非线性弹簧单元对已有钢管混凝土的短柱推出试验进行了数值分析,数值分析结果证明,简化黏结强度计算模型结合数值分析软件中的非线性弹簧可以有效地模拟钢管与混凝土之间的黏结-滑移关系。通过进一步建立考虑黏结-滑移、不考虑黏结-滑移、完全黏结3种钢管混凝土界面形式的数值分析模型,对钢管混凝土压、弯、扭3种力学性能进行模拟研究,最后发现考虑黏结-滑移模型与试验结果较为接近,不考虑黏结-滑移模型的计算结果小于试验结果,完全黏结模型计算结果大于试验结果。     

体外预应力钢-混凝土组合梁受弯过程的数值分析及试验研究

体外预应力钢-混凝土组合梁在桥梁工程中的应用日渐广泛.而确定预应力钢-混凝土组合梁受弯承载能力的困难在于,承载能力极限状态下,钢-混凝土交界面处存在着剪切滑移,预应力钢索的应力大小不确定.笔者考虑钢-混凝土交界面处剪力连接件极限强度,及承载能力极限状态下预应力钢索的应力状态,建立了预应力钢-混凝土组合梁受弯承载能力的有限元数值计算方法.通过试验梁的试验数据对比,说明采用有限元模型对实际工程中的预应力钢-混凝土组合梁进行模拟是可靠的.     

装配式空心板铰缝界面抗剪性能试验与数值模拟

为了掌握空心板铰缝新旧混凝土界面抗剪性能,并为新旧混凝土界面抗剪数值模拟提供参考,提出了铰缝新旧混凝土界面黏结的数值模拟方法以及界面黏结参数的合理取值。首先,结合国内外新旧混凝土抗剪性能试验研究方法,根据空心板铰缝的结构与受力形式,选择推出试验对空心板铰缝新旧混凝土界面破坏机理与抗剪性能进行了研究,推出试验共3组试件,每组试件由左、中、右3块试件组成,按1∶2的比例进行缩尺设计。在总结新旧混凝土界面受力性能的数值模拟方法基础上,提出了数值模拟空心板铰缝推出试验所采用的单元、本构关系和结合面的黏结强度,并对黏结滑移刚度及最终滑移值与峰值应力对应的滑移值的比值进行了分析,最后用推出试验结果验证该数值模拟方法的正确性。研究表明,当铰缝推出试验达到极限强度时,试件将沿铰缝新旧混凝土界面发生脆性破坏,平均抗剪强度为1.1 MPa,以平均剪应力等于0.5 MPa为界限,平均剪应力-滑移曲线近似由直线的弹性阶段和曲线的弹塑性阶段组成;数值模拟过程中铰缝混凝土本构关系采用损伤塑性模型,钢筋本构关系采用理想弹塑性模型,新旧混凝土结合面采用面面接触技术模拟,其中黏结滑移刚度取5 MPa/mm,最终滑移值与峰值应力对应的滑移值之比为2,该方法可获得较好效果。     

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。