复杂环境下CFRP-高强混凝土界面性能有限元分析

利用ABAQUS有限元分析软件,对持续荷载与冻融循环耦合作用下以及持续荷载与干湿循环耦合作用下CFRP加固高强混凝土双面剪切试件的界面黏结性能试验进行有限元模拟,将模拟结果与已有试验结果进行对比。结果表明:有限元模拟的计算值与试验结果吻合较好,2种复杂环境均会造成黏结界面的损伤,随着冻融循环与干湿循环作用次数的增加,试件界面的极限荷载、极限端部黏结滑移均随之降低,持续荷载的施加使降低程度加剧。在验证模拟结果正确的基础上,进一步分析试件的破坏形态的变化规律,在冻融循环作用下,试件发生混凝土内部剪切破坏;随着干湿循环作用次数的增加,试件的破坏方式由混凝土内部剪切破坏逐渐转变为界面的黏结破坏。     

硫酸盐环境下CFRP-混凝土界面黏结强度试验研究

通过硫酸盐加速侵蚀试验模拟硫酸盐侵蚀环境,采用双剪试件对硫酸盐侵蚀环境下CFRP-混凝土界面性能(界面黏结强度、断裂能及有效黏结长度)随侵蚀时间的退化规律进行试验研究。试验结果表明,界面黏结强度和界面断裂能随着硫酸盐侵蚀时间的增加均有所下降,而界面有效黏结长度有所增加。通过对试验结果的统计回归分析,给出了界面断裂能和有效黏结长度随硫酸盐侵蚀时间的关系表达式,建立了硫酸盐环境下CFRP-混凝土界面的黏结强度模型,预测模型能够很好的反映界面黏结强度随硫酸盐侵蚀时间的退化规律。     

自密实混凝土浇筑成型方向对 新老混凝土界面黏结抗剪强度的影响

针对自密实混凝土加固既有混凝土结构时存在不同方位的黏结界面,为研究其对新老混凝土界面剪切强度的影响,设计具有不同混凝土浇筑成型方向的Z型黏结试件进行直剪试验,探究自密实混凝土浇筑成型方向、混凝土强度和界面处理方式等对黏结试件破坏形式和抗剪强度的影响,并探讨不同浇筑成型方向影响下新老混凝土黏结界面抗剪强度计算方法。研究结果表明:混凝土浇筑成型方向对界面抗剪强度影响显著,新混凝土从老混凝土顶面浇筑的效果最好,侧面浇筑次之,底面浇筑最差,差值最大多达到顶面浇筑试件抗剪强度的50%。一定范围内增大新混凝土强度能有效提高黏结界面抗剪强度,底面浇筑时效果尤为明显;当新老混凝土强度相差较大时,继续提高新混凝土强度作用不大。基于本试验结果,建议新老混凝土强度差宜控制在2个标号以内。界面处理方式对其抗剪强度的影响依赖于新老混凝土强度和新混凝土浇筑成型方向。本试验中,II类界面对于强度相同的新老混凝土界面抗剪强度影响不大,但能提高不同强度的新老混凝土界面抗剪强度,尤其是底面浇筑和侧面浇筑的界面。     

栓钉在斜拉桥索塔锚固区中的试验研究与非线性分析

金塘大桥索塔锚固区采用钢锚梁-钢牛腿新型结构,是该桥设计的关键技术之一.结合连岛工程跨海斜拉桥索塔锚固区的设计,对比介绍栓钉群国内外研究成果,在此基础上设计与实际结构类似的试件模型,对其进行试验研究和空间有限元仿真计算分析,重点研究栓钉的荷载-滑移量关系、抗剪刚度、抗剪承载力及破坏形态等,并将试验值与不同国家规范给出的极限承载力公式计算值进行比较.基于合理的黏结滑移本构关系,提出如何模拟栓钉连接件滑移效应的详细方法,给出栓钉和混凝土黏结的非线性弹簧单元有限元模型.试验结果表明:栓钉连接件满足新型结构的承载要求,试件以栓钉受弯剪破坏为主,具有良好的延性性能,在破坏前有明显的屈服过程.有限元模型具有良好的精度,与试验结果较为吻合.在承载力方面,群钉试验得到的单钉极限承载力比<钢结构设计规范>(GB 50017-2003)公式的计算值平均高32%左右.     

高温荷载下植筋加固CRTS Ⅱ型板式无砟轨道变形及损伤规律

采用拉拔试验,研究不同强度等级混凝土基材内销钉与混凝土的黏结应力-滑移本构关系,并将其应用于植筋加固CRTS Ⅱ型板式无砟轨道有限元模型,分析高温荷载作用下植筋加固对无砟轨道变形及损伤的影响规律.结果表明:销钉与混凝土的黏结性能与混凝土强度有关,C30混凝土和C55混凝土试件中销钉与混凝土的黏结应力-滑移本构关系分别可...     

钢筋与超高性能混凝土的黏结性能试验研究

通过30个试件的拔出试验,研究钢筋黏结长度、保护层厚度、养护龄期等因素对钢筋-超高性能混凝土黏结性能的影响规律。结果表明:极限黏结应力随钢筋黏结长度的增大而降低,随保护层厚度、标养龄期的增加而增大。基于试验结果建立了极限黏结应力与保护层厚度、黏结长度和钢筋直径之间的计算公式。     

持载与干湿作用下CFRP-高强混凝土黏结性能研究

为了给结构加固补强提供真实可靠的参考,考虑结构自身持续荷载作用及海水干湿循环作用,对CFRP与高强混凝土的界面黏结性能进行研究。利用5%浓度的Na Cl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-高强混凝土的界面黏结性能变化规律进行分析。研究结果表明:随着干湿次数增加,界面破坏方式发生改变,黏结强度、剥离荷载、界面极限端部滑移逐渐降低;施加持续荷载作用将导致界面损伤加重,并加速界面破坏方式的转变速度。     

方钢管混凝土界面黏结强度试验研究

通过9根方钢管混凝土短柱的推出试验,研究了宽厚比、水灰比等参数对方钢管混凝土界面黏结强度的影响.绘制了各试件的荷载—滑移曲线,并对不同受力阶段的构件内部变化特征进行了分析,探讨了钢管应变和黏结应力的分布规律.研究结果表明:钢管宽厚比越大,钢管混凝土界面黏结强度越小;极限黏结强度随钢管壁厚的增加而明显增大;核心混凝土水灰比越大,界面黏结强度越小;随着外荷载的不断增加,钢管加载端的应力和应变始终最大且增长迅速.     

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移试验研究

钢筋锈蚀后,其与混凝土的黏结作用会明显减弱,混凝土结构的安全性和耐久性将受到严重影响。为研究锈蚀钢筋混凝土黏结滑移关系,本文制备20个钢筋混凝土立方体拉拔试件,通过电化学腐蚀试验加速钢筋锈蚀。通过拉拔试验,获得多种锈蚀率下钢筋混凝土试件黏结强度随着滑移的变化规律。通过对试验数据的分析,提出黏结强度降低系数与滑移比的计算公式,并利用黏结强度降低系数和滑移比改进《混凝土结构设计规范》中钢筋混凝土黏结滑移关系,得到锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型,对实际工程有较好的指导作用。     

疲劳荷载后钢管混凝土界面黏结性能试验研究

对7根圆钢管混凝土试件先后进行疲劳试验和推出试验,得到荷载-滑移曲线和黏结破坏荷载,研究疲劳循环次数和应力比对钢管混凝土界面黏结性能的影响。用黏结强度和割线模量定义了黏结界面损伤变量,探讨疲劳荷载与损伤变量的关系。研究结果表明,疲劳循环次数和应力比对界面黏结性能有显著影响,导致承载力大幅度下降,且出现异常变化,对结构安全造成危害;通过黏结强度-滑移曲线的割线模量定义黏结界面的损伤变量,可以很好地描述疲劳荷载与损伤变量的关系。     

不同纤维掺量BFRP筋玄武岩纤维再生混凝土梁抗剪性能试验研究

通过6根玄武岩纤维(BFRP)筋玄武岩纤维再生混凝土梁的受剪试验,研究短切纤维掺量对BFRP筋纤维再生混凝土梁的裂缝开展、跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响。研究结果表明:试验梁跨中挠度随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;开裂荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高略微增加;极限荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;玄武岩纤维体积掺量在0.2%时,极限荷载为峰值增强效果最明显。依据试验结果并参照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2015)对BFRP筋纤维再生混凝土梁极限承载力进行计算,结果表明计算值和试验值吻合较好。     

GFRP锚杆锚固黏结性能试验研究

通过对9个不同直径的GFRP锚杆拉伸试验及27个不同直径和表面形态的GFRP锚杆黏结性能试验,得到GFRP锚杆受力过程中材料应力-应变曲线及其与混凝土的黏结滑移曲线,分析直径对GFRP锚杆力学性能,直径和表面形态对GFRP锚杆黏结性能的影响。试验结果表明:GFRP锚杆受力过程中应力-应变曲线为一条通过原点的斜直线,属于线弹性材料,GFRP锚杆的极限抗拉强度及应变随着试件直径的增大而有所下降,延性降低;GFRP锚杆与混凝土黏结强度随着直径的增大而减小,荷载段滑移量增加;GFRP锚杆表面形态对黏结强度的影响较明显,加大螺距和丝槽或改变肋高度、间距和宽度等这些表面形式可以提高机械咬合力,获得更好的黏结效果,同时减小滑移量;根据试验成果建立GFRP锚杆黏结滑移本构模型,研究成果为GFRP锚杆数值分析和预应力GFRP锚杆工程应用提供试验依据。     

气泡轻质土与钢筋的黏结性能试验研究

通过多组钢筋-气泡轻质土中心拉拔试验,研究钢筋直径、有效黏结长度对钢筋与气泡轻质土黏结性能的影响;使用变形能和等效黏结强度来评价其黏结韧性;通过试验验证了气泡轻质土黏结界面层的存在,利用回归分析给出黏结界面层撕裂时黏结应力的计算公式。试验结果表明:钢筋直径≥16 mm时,极限黏结应力随钢筋直径和有效黏结长度的增加而逐渐减小,极限荷载整体呈现缓慢增加;钢筋直径16 mm时,极限荷载受钢筋直径和有效黏结长度影响较大;而钢筋直径较大时,螺纹钢筋与光圆钢筋的极限黏结应力相差较小,最低时仅相差0.41%,说明了黏结界面层存在的合理性;一般情况下,极限黏结应力越大,黏结韧性越好。     

CFRP片材约束混凝土短柱徐变性能及极限承载力试验

通过不同形式轴压短柱试件727 d徐变及极限承载力试验,研究长期持续荷载下徐变对CFRP约束混凝土柱极限承载力的影响。研究结果表明:CFRP约束混凝土柱的徐变发展趋势与素混凝土柱及钢筋混凝土柱基本相同;其徐变系数明显小于素混凝土柱,且混凝土强度等级愈低,徐变系数减小愈显著,而轴压比对徐变系数的影响较小,CFRP约束圆柱体的极限应变较CFRP约束棱柱体的极限应变大;长期荷载作用引起CFRP约束柱轴心受压极限变形降低4.5%~4.8%,引起无约束柱轴心受压柱极限变形降低23.2%~35.2%;CFRP能显著提高约束混凝土的极限承载力,且CFRP约束钢筋混凝土柱承载力的提高较CFRP约束素混凝土柱要小。     

冻融循环下预应力CFRP加固高强混凝土耐久性

通过4点弯曲试验研究冻融循环作用下预应力CFRP(碳纤维增强聚合物)加固高强混凝土的耐久性。在非预应力试件为对比的基础上设置2种预应力等级,预应力分别为CFRP抗拉强度标准值的15%和30%。分析冻融循环和预应力对加固试件荷载-挠度曲线及破坏形态的影响,结果表明:冻融循环后加固试件的承载力均有不同程度的下降,预应力等级越高,承载力降低越显著;最大预应力等级试件的破坏形态由弯剪裂缝引起的剥离破坏发展为剪切剥离破坏。     

主筋锈蚀对钢筋混凝土梁承载特性的影响

基于适当的钢筋、混凝土本构关系以及锈蚀钢筋和混凝土的黏结滑移模型,建立有限元模型,对5根不同主筋锈蚀率的钢筋混凝土梁进行承载特性分析。获得了梁中点处的荷载-挠度关系,受力筋的应变分布以及钢筋与混凝土之间的滑移分布。研究结果表明：随着受力筋锈蚀率的增大,钢筋混凝土梁的极限承载力降低,延性下降,受力筋的最大拉应变和伸长量逐渐增加,钢筋和混凝土之间的滑移量也大幅增加。     

混凝土-CA砂浆复合试件界面端奇异应力场消除方法研究

为研究混凝土-CA砂浆双材料界面端的应力场奇异性,建立混凝土-CA砂浆双材料复合试件轴拉计算模型,并对界面拉应力分布进行分析。基于Bogy特征方程,提出消除混凝土-CA砂浆复合试件界面端奇异性的方法。研究结果表明:混凝土与CA砂浆界面端附近存在应力奇异现象,该应力奇异现象使得界面端点处的应力明显增加。当结合角组合θ1=θ2≤72°时,混凝土-CA砂浆界面端的应力奇异性消失,此时应力场为一定值。研究成果可为精确的双材料界面黏结强度试验提供理论依据。     

玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土梁抗剪性能

为了解决沿海城市和岛礁建设中河砂淡水资源短缺、建筑材料运输成本高以及钢筋混凝土结构耐久性不足的问题,同时推动海水海砂资源的有效利用以及深入研究纤维复材筋增强构件的工作性能,开展玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土(BFRP-SSC)梁的抗剪性能研究。采用三点弯曲试验,通过对梁的破坏形式、荷载-挠度关系和抗剪承载力展开讨论,研究剪跨比(剪跨为400,500和600 mm)、养护环境(自然环境和海水浸泡环境)和混凝土碱度(普通SSC和低碱SSC)对梁抗剪性能的影响,并通过拟合试验数据修正了规范的抗剪承载力公式。研究结果表明：剪跨比对BFRP-SSC梁抗剪承载力有显著影响,剪跨比越小的试件其破坏程度越严重;随着剪跨比的增大,BFRP-SSC梁的开裂荷载、极限荷载逐渐减小,极限挠度逐渐增大。在55℃人工海水环境中浸泡60 d后,普通SSC试件的裂缝减少,抗剪承载力下降了33.13%,BFRP箍筋纤维-树脂界面分离;低碱SSC试件的抗剪承载力提高了21.65%,其BFRP箍筋几乎没有降解行为。由于FRP筋混凝土现有设计规范没有考虑剪跨比的影响,理论预测与试验结果相差60%以上;引入与剪跨比相关的参数修...     

含黏结界面混凝土断裂特性研究

为研究板式无砟轨道结构蒸养混凝土(SC)与自密实混凝土(SCC)层间界面的断裂破坏特性,制备不同相对缺口高度的含黏结界面混凝土,并对其进行三点弯曲荷载下的断裂特性试验研究.研究结果表明:含黏结界面混凝土在三点弯曲荷载作用下均沿界面破坏,同时裂纹向强度较低的SCC内部拓展,并导致SCC在SC表面剥离;含黏结界面混凝土的荷...     

弱黏结薄壁圆钢管混凝土短柱轴心受压试验

对5个薄壁钢管混凝土短柱进行了轴心受压试验。其中3个试件的钢管内壁与混凝土间的黏结作用被削弱,以研究此状态下核心混凝土与外钢管间荷载的传递方式、外钢管的受力状态以及试件的破坏模式。试验结果表明:削弱核心混凝土与外钢管间的黏结作用造成加载端混凝土的荷载份额增大,在该部分发生局部破坏的可能性增大,钢管纵深部分承担的荷载减少;混凝土内部设置钢管可以增强混凝土的承载能力,同时有利于荷载向纵深传递,使荷载在较大区域内均匀分布,有利于材料性能的充分发挥,可以作为钢管削弱或者核心混凝土与钢管间黏结作用削弱条件下提高承载力的一种构造措施。