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。     

螺旋肋GFRP筋与UHPC黏结强度试验及计算方法

为研究螺旋肋GFRP筋与UHPC黏结强度，以钢纤维掺量、保护层厚度、锚固长度及GFRP筋直径为试验参数，对60个螺旋肋GFRP筋与UHPC试件展开拉拔试验，获得了各参数对GFRP筋与UHPC黏结强度的影响规律。结果表明：GFRP筋UHPC试件的拔出破坏主要呈现直接拔出和劈裂拔出2种模式，直接拔出破坏主要出现于钢纤维掺量≥2%且保护层厚度较大的试件中；在不同参数情况下，直径18 mm及22 mm GFRP筋与UHPC黏结强度为19.6～53.7 MPa,同时黏结强度整体上随钢纤维掺量及保护层厚度的增加而增大，随锚固长度的增加而减小；当UHPC钢纤维掺量从0%增加至2%时，GFRP筋与UHPC黏结强度提高幅度达71.4%～74.1%,但钢纤维掺量由2%增加至3%时，出现黏结强度增长减缓甚至不增长现象；保护层厚度对黏结强度的增强作用存在“上限效应”,即当其小于临界保护层厚度时，黏结强度随保护层厚度增加而增长，但当其大于该临界值，增强作用显著减弱；直径18 mm、锚固长度1倍直径的GFRP筋在UHPC中的临界保护层厚度约为3倍直径。基于弹塑性力学中的厚壁圆筒理论，建立了GFRP筋与UHPC黏结...     

砂浆锚固GFRP锚杆的粘结滑移机理

随着GFRP锚杆材料在工程中的逐渐应用,GFRP锚杆的粘结性能及工作性能也渐渐引起工程人员的重视。现有GFRP筋材的粘结性能研究多集中在小直径筋材、高强度锚固剂和较小锚固长度条件下进行,这与岩土锚固工程的实际情况不太相符。本文研究了大直径锚杆、低强度锚固剂和较长锚固长度情况下GFRP锚杆的粘结-滑移特性和其工作机理。发现GFRP锚杆的粘结-滑移曲线与钢锚杆存在差异并对差异的原因进行了分析。同时对锚杆直径、锚固剂强度及锚固长度对粘结-滑移曲线的影响进行了分析。对比现有粘结滑移模型的特点,基于试验结果建立了砂浆锚固全螺纹GFRP锚杆的粘结-滑移模型,模型与实际锚杆工作吻合较好。     

新型大直径GFRP筋锚具设计及试验研究

针对单根大直径GFRP筋因体表比过大难以锚固的问题，对已有黏结楔式锚固体系作出改进，将直接浇筑于锚筒和筋材之间的黏结介质替代为环氧树脂并在装配前进行预制；在环氧树脂楔块与锚环之间设计锥角差以消除加载端的剪切效应。通过理论分析新型锚具的受力机理，推导出锚具内力的分布规律以及锚具承载能力估算公式，从而为设计尺寸提供依据；利用有限元软件ABAQUS对9组不同内坡角和锥角差的新型锚具进行受力模拟，得到一组最优设计参数使锚固系统承载力达到最大，据此制作实体锚具对Φ32 mm的GFRP筋材进行静力拉伸试验。结果表明：新型锚具的设计参数相互影响，锥角差显著影响内部结构受力，锥角差越大锚具承载力越大，但过大锥角差可能会产生过大径向压力从而对楔形体造成破坏。内坡角越大锚具承载力越大，但过大的内坡角会导致筋材所受夹持力过小从而发生整体滑脱破坏；以锚筒长度235 mm为例，其最优的内坡角可取10%，锥角差取0.5°；预制楔形块的轴向刚度和强度对新型锚固体系的影响巨大，楔形块加入轴向FRP筋可防止黏结介质拉裂，从而有效提高内部结构的整体工作性能；新型锚具能够将复杂应力状态后移至有效锚固区后部分，避免了加载端的剪切效应，在有效锚固段受力始终均匀变化，可充分发挥GFRP大直径筋材抗拉能力；以Φ32 mm的GFRP筋材为例，极限承载力可达629.4 kN，远超GFRP筋材标准承载力，最高锚固效率达到139.9%，破坏方式主要以炸丝为主，静力锚固性能可靠。     

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。     

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。     

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。     

FRP筋与混凝土粘结性能试验研究

进行了FRP筋与混凝土粘结性能的拉拔试验,试件的破坏形式为FRP筋滑移拔出及FRP筋断裂。试验结果表明,随着FRP筋表面加肋,锚固长度减少,混凝土强度提高,FRP筋与混凝土的平均粘结强度都有了提高。同时,对带肋FRP筋与光圆FRP筋的粘结滑移本构模型进行了分析。     

FRP筋混凝土界面疲劳黏结性能试验研究

针对FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋混凝土界面黏结性能的疲劳寿命问题,开展了CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋材与活性粉末混凝土RPC(Reactive Power Concrete)之间的疲劳黏结性能试验研究。试验详细研究了锚固长度、循环次数、应力水平以及应力幅值等参数对疲劳锚固性能的影响。结果表明,在疲劳荷载的作用下,组装件之间的黏结性能将随循环荷载次数的增加更加趋于稳定;在相同荷载等级下,锚固长度越大,CFRP筋相对于RPC的滑移量越小;在相同荷载等级下,应力幅值越大,CFRP筋相对于RPC的滑移量越大;200万次循环荷载后的CFRP筋抗拉刚度总体上略微降低,但对CFRP筋使用性能影响很小;疲劳后组装件极限承载力有所提高,疲劳荷载使CFRP筋与RPC的黏结处于更加稳定状态。总之,CFRP筋在超高性能混凝土RPC中具有极其优良的疲劳黏结锚固性能。     

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...     

铝合金/GFRP筋近表面嵌入式增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验

为研究铝合金/玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋近表面嵌入式加固混凝土梁的抗弯性能，以加固方式、加固筋类型和加固量为变量，设计了5根钢筋混凝土梁试件进行单调静载试验，重点分析了混凝土加固梁的破坏模式和破坏特征。研究结果表明：采用铝合金筋或GFRP筋嵌入式加固后混凝土梁的受弯承载力均显著提高；加固量相同时，GFRP筋加固梁、铝合金/GFRP筋混合加固梁和铝合金筋加固梁的极限荷载比未加固梁分别提高了105.8%、45.7%和17.5%，但混凝土梁采用GFRP筋加固后延性降低、脆性突出，而采用铝合金/GFRP筋混合加固或铝合金加固后混凝土梁的延性则与对比梁相当；GFRP筋嵌入式加固梁和铝合金筋嵌入式加固梁分别发生了混凝土保护层剥落破坏和加固筋屈服后混凝土压溃破坏，而铝合金/GFRP筋混合加固梁则先是GFRP筋与混凝土保护层发生剥离，之后随着作用跨中位移的持续增大，受压区混凝土发生压溃，破坏过程有两重防线。在试验研究基础上，采用截面分析法给出了嵌入式加固梁抗弯强度的理论计算模型与工程实用模型，计算结果表明：加固梁极限弯矩的试验值与理论预测值之比及与实用模型计算值之比的平均值分别为1.081和1.063，方差分别为0.003和0.005，吻合较好。     

GFRP筋纤维增韧高强轻骨料混凝土受弯构件挠度分析

为研究GFRP筋纤维增韧高强轻骨料混凝土梁变形规律，完成10根高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验，重点分析了纤维掺量、纵筋种类、GFRP筋配筋率和GFRP筋直径对试件不同受力阶段变形的影响；明确了GFRP筋混凝土受弯构件正常使用阶段应变及应力分布；基于刚度解析法，结合文献中GFRP筋普通混凝土受弯构件挠度实测数据，给出GFRP筋应变不均匀系数计算公式，综合考虑轻骨料、钢纤维及GFRP筋配筋率的影响对其进行修正；基于该公式对各试件使用荷载下的挠度进行计算，并与美国规范（ACI 440.1R-15）、中国规范（GB 50608-2010）和加拿大规范（CSA S806-12，ISIS-M03-07）的计算结果进行对比分析。结果表明：随配筋率的增大，试件破坏模式依次表现为GFRP筋拉断破坏、平衡破坏和混凝土压碎破坏；混凝土压碎破坏试件弯矩-挠度曲线分为开裂前阶段、裂缝开展阶段和受压破坏阶段，而平衡破坏和GFRP筋拉断破坏试件仅具有前2个阶段。轻骨料混凝土掺入钢纤维能够抑制构件开裂后刚度退化，降低混凝土压碎破坏脆性；提高GFRP筋配筋率可减小试件变形，GFRP筋直径对其无显著影响。采用中国规范（GB 50608-2010）计算试件正常使用极限状态下的挠度，结果稍显不安全；美国规范（ACI 440.1R-15）计算结果略偏保守；加拿大规范（ISIS-M03-07）与（CSA S806-12）计算值均具有一定的安全储备；建议公式计算结果较为准确且离散性较低，能够用于该类构件挠度的计算。     

锚喷混凝土加固双曲拱桥植筋工艺参数研究

分析了锚喷混凝土加固双曲拱桥中,植筋的钢筋种类、锚固长度及粘结形式对植筋锚固强度的影响,得出合理优化的植筋参数,为加固设计提供参考。通过对试验后的锚杆破坏特征分析,总结植筋工艺各环节对锚杆锚固强度的影响。得出结论：在合理的锚固长度下,锚杆破坏在钢筋和结构胶粘结处发生时,锚固力越大,植筋粘结强度越安全可靠。     

BFRP锚杆与钢筋锚杆现场拉拔试验对比分析

通过BFRP锚杆的现场拉拔试验,测试BFRP锚杆的抗拔极限承载力,并与钢筋锚杆对比,研究BFRP锚杆的锚固性能。根据试验数据分析BFRP锚杆的平均单根极限抗拔力和极限抗拉强度。结果表明:6根φ14BFRP锚杆极限抗拔力与3根φ28 HRB400钢筋锚杆极限抗拔力相当。多束BFRP筋组成锚杆时,平均单筋极限抗拔力约为BFRP筋极限抗拔力的80%。     

集束式长短剪力钉抗剪承载力计算方法

为给新型预制拼装钢-混组合梁桥设计施工提供参考,针对该类桥采用集束式长短剪力钉的布置特点,考虑剪力钉不同直径、长度、强度和混凝土强度等因素,开展集束式长短剪力钉的抗剪性能、极限承载能力有限元分析和试验研究。采用推出试验的方法,设计制作18个剪力钉推出试件,考察剪力钉长度和直径对集束式长短剪力钉抗剪极限承载力的影响,提出集束式长短剪力钉的群钉荷载-滑移曲线公式。同时,考虑混凝土、剪力钉、钢梁和钢筋的材料非线性,采用ANSYS软件建立推出试验的有限元模型,分析混凝土强度、剪力钉强度、剪力钉相对位置、混凝土板厚等参数对集束式长短剪力钉抗剪力学性能的影响规律,提出集束式长短剪力钉的单钉极限抗剪承载力计算公式。研究结果表明：短剪力钉的直径和抗拉强度、混凝土强度对集束式长短剪力钉的抗剪承载力和刚度有明显影响;而短剪力钉的长度、长短剪力钉的相对布置位置和混凝土板厚对集束式长短剪力钉的抗剪承载力和刚度影响较小;提出的计算公式计算值与试验值吻合较好。     

盾构隧道环向快速连接件力学性能试验研究

15 m级的大直径公路盾构隧道与10 m级超深覆土高内水压作用下的排水调蓄盾构隧洞对接头有高承载力的要求，为此开发新型环向快速连接件。该连接件具有拼装时间短、无需人工拧紧、拼装完成后的隧道真圆度高、管片错台与张开量小、防水性能高的优点。为研究连接件的结构形式、材料性能、连接件与锚筋之间的连接、连接件与混凝土管片之间力的传递，以650 mm厚的管片为原型，开展接头抗拉物理试验，并采用数值模拟的方法实现试验值与计算值的对比分析。主要结论如下： 1）本次试验所采用的铸铁连接件屈服承载能力为512 kN，满足试验指标要求。弹性阶段的承载力为400 kN，极限承载力为645 kN，可以应用于指导盾构隧道的设计。2）试验破坏发生在连接件本体部位，锚筋与连接件之间的连接设计合理可靠。试验终止时，4根锚筋的最大应力值为348 MPa，达到HRB400锚筋抗拉屈服强度的87%，接近其抗拉强度设计值360 MPa。3）连接件在轴心拉力作用下，其本体与锚筋的受力是不均匀的，在连接件设计中应考虑这种不均匀性，进行合理的优化设计。     

型钢水泥土构件界面粘结应力试验研究

为研究型钢水泥土复合构件中型钢与水泥土之间的相互作用,进行了型钢水泥土复合构件在型钢受轴向拉力作用下的室内试验,得到了粘结应力沿构件全长的分布规律和构件内某点粘结力的变化规律。证明在试验所用的水泥土强度条件下,型钢与水泥土有效锚固长度为构件全长,且构件破坏时锚固长度内各点均达到极限粘结应力。     

配筋UHPC矩形梁抗扭承载性能试验与计算方法

针对配筋超高性能混凝土（UHPC）构件的抗扭性能研究严重不足的状况，进行10个不同配筋率UHPC矩形梁的纯扭试验。研究参数主要包括钢纤维掺量、纵筋配筋率和箍筋配筋率。观察或测试试件的扭转破坏过程及形态，获得裂缝开展及分布情况、失效模式、扭矩-扭率曲线、扭矩-UHPC应变曲线、扭矩-钢筋应变曲线、开裂扭矩及极限扭矩等数据，分析不同参数对其扭转性能的影响规律及其主要机理。研究结果表明：扭矩不大于无筋UHPC试件极限扭矩时，配筋构件抗扭刚度小于无筋构件；配筋及无筋试件的纯扭破坏均表现为多条主裂缝贯通，且裂缝呈空间螺旋状分布；无配筋试件形成少量斜裂缝，极限扭率较小，破坏过程迅速；配筋试件形成细且密的斜裂缝、极限扭率较大、延性更好；根据实测的极限扭矩扭率增幅情况，以及纵、箍筋屈服情况，受扭的UHPC配筋试件可分为少筋Ⅰ类构件（含无筋构件）、少筋Ⅱ类构件、适筋构件、部分超筋构件、超筋构件；钢纤维改善了UHPC抗拉特征，使得主裂缝开裂角度（裂缝与试件轴线的夹角）增加；钢纤维掺量由2.5%增加到3.5%，试件开裂扭矩和极限扭矩分别提高了23.2%和20.9%。在试验的基础上，根据扭转试件即将开裂时实测的拉压应力状态以及二维应力状态下的强度准则，得到UHPC构件开裂扭矩系数值；最后，根据试验结果得到了UHPC极限扭矩计算公式的截面抗扭系数。     

钢-UHPC组合结构中PBL剪力键力学性能研究

为探究钢-UHPC组合结构与普通钢-混组合结构中PBL剪力键力学性能的差异性,通过推出试验和有限元分析相结合的方法对其展开详细研究。首先,对9个UHPC试件和9个普通混凝土试件进行推出试验,根据2种混凝土试件中PBL剪力键的破坏形态、荷载-滑移曲线及应变分布规律揭示其失效机制及力学性能的差异,分析贯穿钢筋直径和钢板开孔数对PBL剪力键力学性能的影响;然后,采用试验结果验证的有限元模型开展参数分析,详细探讨UHPC强度、钢板开孔孔径、贯穿钢筋屈服强度和钢板厚度对PBL剪力键极限抗剪承载力的影响;最后,基于试验和有限元分析结果,提出考虑钢纤维的PBL剪力键极限抗剪承载力计算公式。结果表明：受钢纤维的影响,UHPC的裂缝发展受到限制,且较普通混凝土裂缝数量少、宽度小;UHPC试件中贯穿钢筋发生明显屈服,以剪切破坏为主;单孔PBL剪力键的极限抗剪承载力主要取决于贯穿钢筋直径,而受混凝土强度影响较小;多孔PBL剪力键的极限抗剪承载力主要取决于贯穿钢筋直径和混凝土强度;与普通混凝土试件相比,UHPC试件的抗剪刚度提升了2~3倍,双孔剪力键极限抗剪承载力约提高41%,三孔约提高56%;钢板开孔孔径、贯穿钢筋屈服强度和钢板厚度均是影响PBL剪力键抗剪承载力的因素;提出的PBL剪力键极限抗剪承载力计算公式计算结果与试验结果吻合度高。