光圆钢筋与混凝土界面粘结滑移本构模型研究

对配置光圆钢筋的既有混凝土结构进行承载性能评估时,钢筋与混凝土界面粘结性能优劣是评价该类混凝土结构的重要内容.为此,制作了4组光圆钢筋的中心拉拔试件和2组变形钢筋对比试件,选取粘结长度、钢筋表面形式为主要变量对粘结性能进行试验研究,并通过4组铝合金拉拔试件对比分析光圆筋与混凝土界面的粘结机理.研究结果表明:光圆钢筋的粘结强度显著小于变形钢筋的粘结强度,平均约为变形钢筋粘结强度的18.3%;光圆钢筋的粘结强度主要由化学粘着力和界面摩擦力构成,而铝合金的粘结强度则由化学粘着力构成,平均约为光圆钢筋粘结强度的10%;增加粘结长度后,光圆钢筋的粘结强度随之增大,但铝合金筋的粘结强度无明显变化.进一步基于试验结果及理论分析,建立了光圆钢筋与混凝土界面的粘结-滑移本构模型,并通过已有试验数据对建议模型进行了验证,吻合较好.     

钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结滑移性能试验研究

为研究螺纹钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结滑移性能,采用室内加速通电锈蚀方法,分别以再生骨料取代率(0％、50％、100％)及目标钢筋锈蚀率(0％、0.5％、1.5％、2.5％)为主要参数,完成了两种水灰比下23组钢筋-再生混凝土试件的拉拔试验,获得了再生混凝土与不同锈蚀程度螺纹钢筋间的荷载-滑移曲线.基于试验结果,分析了再生骨料取代率、钢筋锈蚀率对钢筋-再生混凝土间起始滑移粘结强度、极限粘结强度、粘结模量、粘结滑移曲线的影响.研究结果表明:随着锈蚀率增加,钢筋与再生混凝土间的极限粘结强度、起始滑移粘结强度与极限粘结强度的比值呈下降趋势;再生混凝土胀裂后,钢筋与再生混凝土间的粘结刚度显著退化,一旦再生混凝土开裂后,粘结刚度下降幅度不明显.     

BFRP筋碱激发混凝土粘结性能试验研究与数值模拟

玄武岩纤维增强复合筋(BFRP筋)碱激发混凝土为海洋环境下混凝土的耐久性提供安全保障。在其中心拉拔试验的基础上,采用分离式模型,运用ABAQUS有限元软件进行粘结滑移性能数值模拟与分析。通过试验数据,得出适用于BFRP筋碱激发混凝土的粘结滑移本构模型以及碱激发混凝土的塑性损伤模型,构建了基于非线性弹簧单元的数值模型,试验结果与计算结果吻合程度较好,验证了模型的准确性。试验与模拟结果表明:粘结长度为2.5d、5d(d为BFRP筋直径)的试件均发生筋材拔出破坏,粘结长度为10d的试件均发生劈裂破坏;BFRP筋与碱激发混凝土之间的粘结应力分布并不均匀,随着粘结长度和筋材直径的增大,极限粘结强度逐渐减小;当BFRP筋直径d=12 mm,粘结长度为2.5d、5d和10d的碱激发混凝土试块极限粘结强度分别为13.92 MPa、13.56 MPa和12.60 MPa,较相同粘结长度的普通混凝土试件,其极限粘结强度分别提高6.58%、10.97%和9.76%。     

不同掺合料混凝土与锈蚀钢筋间粘结-滑移力学性能试验研究

采用中心拉拔法对普通混凝土(PC)、水泥基渗透结晶防水混凝土(CCCW)、聚丙烯纤维混凝土(PFRC)与热轧带肋钢筋进行粘结-滑移试验。通过电化学锈蚀方法对钢筋进行加速锈蚀,研究锈蚀后钢筋与混凝土粘结性能。结果表明:在混凝土中引入适量聚丙烯纤维及水泥基渗透结晶防水材料能够显著提升其对钢筋的极限粘结强度,分别提高了20.8%、6.8%;无论是否添加掺合料,钢筋-混凝土拉拔试件的极限粘结力均随着锈蚀率的增大呈线性下降趋势。基于锈蚀构件拉拔试验结果,拟合出不同混凝土的极限粘结强度与锈蚀率计算公式,发现随着锈蚀率的增大,聚丙烯纤维及水泥基渗透结晶防水材料能减缓钢筋-混凝土极限粘结强度下降速度。     

钢纤维改性橡胶混凝土与变形钢筋的粘结性能

本试验共设计制作4组钢纤维(钢纤维体积率分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%)改性橡胶混凝土粘结试件,采用中心拉拔试验的方法,系统研究了钢纤维体积率的变化对粘结破坏形态、初始粘结强度、极限粘结强度以及粘结滑移曲线的影响规律。研究结果表明:随着钢纤维体积率的增大,与橡胶混凝土相比,初始粘结强度分别提高了5.37%、8.35%、0.89%,极限粘结强度分别提高了9.44%、16.49%、12.91%。适量掺入钢纤维可以显著改善粘结试件的破坏形态。上升段、下降段以及残余段共同组成钢纤维改性橡胶混凝土的粘结滑移曲线,且粘结滑移曲线的饱满程度以及上升段斜率随着钢纤维体积率的增加而增加。基于试验结果,建立了钢纤维改性橡胶混凝土与变形钢筋的粘结滑移本构方程,该方程能为其在结构设计中提供一定的参考。     

型钢混凝土结构粘结界面分形特性试验研究

进行了16组试件的实腹式型钢混凝土结构粘结滑移性能的拉拔试验,获得型钢混凝土试件拉拔破坏全过程的随时断裂面图像.基于分形几何理论对型钢混凝土结构拉拔破坏过程中裂纹扩展规律进行了分析,得到粘结界面破坏各阶段的分形特征参数.探讨了型钢混凝土结构中型钢与混凝土界面的粘结滑移性能与断裂面分形参数的关系、以及影响型钢与混凝土界面粘结滑移性能的主要因素与分形参数的关系,发现分维数与型钢混凝土粘结滑移性能及其影响因素有一定的线性相关趋势.回归了极限粘结强度与分形参数之间的统计公式,型钢混凝土结构断裂面分形特征参数可作为估计型钢混凝土损伤程度的征因子.     

冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土的粘结承载力

通过对粉煤灰混凝土试件的直接拔出试验,分析粉煤灰掺量与冻融作用对粘结试件的初始滑移粘结强度、劈裂强度、极限粘结强度及粘结强度-滑移曲线下的面积作为粘结试件韧性评价指标的变化规律.试验结果表明:钢筋与粉煤灰混凝土的粘结强度随粉煤灰掺量的增加而降低;试件粘结韧性随粉煤灰掺量的增加先降低后增强,粉煤灰掺量较大的试件在加载过程中表现出良好的韧性;冻融作用对试件极限粘结强度的影响程度随粉煤灰掺量增大而减小,40%粉煤灰试件在冻融环境下表现出较好的粘结韧性.掺入较多粉煤灰可以在一定程度上减缓粘结试件的冻融损伤.     

海水环境下GFRP筋⁃海水海砂混凝土黏结行为演化规律

为研究海水环境下GFRP筋与海水海砂混凝土的黏结行为,设计并测试了54个GFRP筋⁃海水海砂混凝土中心拉拔试件,采用温度加速实验,研究清水和海水环境腐蚀后试件黏结强度的变化,并分析了试件的黏结滑移曲线上升段。结果表明,海水温度的升高加速了GFRP筋⁃海水海砂混凝土试件黏结强度的退化,在相同浸泡条件下,60 ℃的黏结强度相较于10 ℃降低了15 %左右;海水环境对试件黏结强度的影响略大于清水环境。分别使用BPE模型、CMR模型和Malvar模型对试件黏结滑移曲线上升段进行分析,结果表明,海水环境下GFRP筋⁃海水海砂混凝土黏结滑移曲线上升段宜采用Malvar模型。最后根据TSF寿命预测法得出,在20 ℃海水环境下,GFRP筋⁃海水海砂混凝土试件使用100年后的黏结强度保留率为65.58 %。     

冻融循环作用后橡胶混凝土与钢筋锚固性能试验研究

在混凝土中掺入橡胶粉制成橡胶混凝土,既可对废旧轮胎进行高附加值利用,又可提高混凝土的抗裂、耐磨、抗滑、减振、降噪等多方面路用性能.为研究冻融循环作用后橡胶混凝土与钢筋的锚固性能,采用钢筋开槽内贴应变片的方法,快速冻融后做中心拉拔试验,研究了冻融循环次数以及橡胶掺量对橡胶混凝土与钢筋锚固性能的影响.试验结果表明:掺入5％、10％的橡胶粉,有利于冻融循环作用后钢筋与混凝土间的锚固性能;未经冻融循环的橡胶混凝土试件与橡胶粉掺量为0％的试件相比,橡胶掺量为15％的混凝土试件极限粘结强度下降56％,而橡胶掺量为5％、10％的试件极限粘结强度几乎没有下降;冻融循环至125次,橡胶掺量为5％、10％、15％的混凝土试件粘结强度分别下降60％、58％、50％,与未掺橡胶混凝土粘结强度相比下降幅度减小了约8％.     

表面内嵌FRP筋混凝土粘结-滑移本构关系试验研究

通过对一组表面内嵌FRP筋混凝土试件进行拉拔试验,分析表面内嵌FRP筋混凝土的受力过程和破坏模式;研究FRP筋直径、粘结长度和FRP筋类型等因素对粘结滑移性能的影响。结果表明,试件的破坏模式表现为FRP筋与结构胶界面破坏、结构胶与混凝土界面剥离、FRP筋被拉断和结构胶劈裂四种破坏模式;内嵌BFRP筋试件的粘结应力随粘结长度的增长而增大,而内嵌GFRP筋试件的粘结应力随粘结长度的增长而减小。因FRP筋泊松比的降低和剪切滞后效应,试件的粘结应力随着FRP筋直径的增大而减小。同时,对试验结果进行处理分析,建立了一种适用于表面内嵌FRP筋混凝土粘结-滑移本构关系模型,并给出模型特征点的数学表达式,将拟合曲线与试验曲线进行对比分析。结果表明,该本构关系能够较为准确地模拟表面内嵌FRP筋混凝土的粘结滑移性能。     

型钢与地聚合物混凝土粘结滑移性能研究

为了研究型钢与地聚合物混凝土之间的粘结滑移规律,对9个型钢地聚合物混凝土柱试件进行推出试验,研究地聚合物混凝土抗压强度、型钢的保护层厚度、型钢的锚固长度以及配箍率四个参数对型钢地聚合物混凝土试件荷载-滑移曲线、破坏形态以及粘结滑移性能的影响。结果表明:试件的荷载-滑移曲线具有相同的发展趋势,可将其划分为无滑移段、荷载上升段、荷载下降段和水平残余段四个阶段;试件的破坏模式为混凝土劈裂破坏,劈裂裂缝从加载端型钢翼缘产生,并向自由端发展;随着地聚合物混凝土抗压强度、型钢的保护层厚度和配箍率的提高,试件的特征粘结强度呈上升趋势;与普通水泥型钢混凝土不同,型钢的锚固长度增大也会使试件的特征粘结强度提高。根据试验结果,建立了特征粘结强度的计算公式,提出了型钢地聚合物混凝土的粘结-滑移本构模型,采用该模型计算得到的型钢地聚合物混凝土粘结-滑移曲线与试验曲线吻合度较高。     

锈蚀钢筋混凝土黏结性能及本构关系的试验研究

通过电化学加速锈蚀方法,获得了不同锈蚀率下(0 ～4.84％)高强钢筋与混凝土的黏结-滑移曲线.分析了钢筋锈蚀率对钢筋与混凝土之间黏结强度、黏结刚度的影响.结果表明:钢筋锈蚀率较低时(≤2.22％),黏结强度、黏结刚度均随锈蚀率的增长而增强;当钢筋锈蚀率超过3.46％时,试件出现锈胀裂纹,黏结强度、黏结刚度出现明显衰退;基于试验结果,建立了高强钢筋锈蚀后与混凝土间黏结-滑移本构方程,可用于对锈蚀钢筋混凝土结构的有限元分析提供参考.     

不同水胶比的橡胶混凝土低温力学性能试验研究

在3种水胶比0.35、0.40、0.45下,分别配制含4种橡胶掺量的混凝土,在低温-30 ℃、常温20 ℃和0 ℃进行立方体抗压强度、劈裂抗拉强度试验研究.结果表明,低温条件下,不同水胶比的橡胶混凝土抗压和抗拉强度均有所提高,但强度变化有明显差异,水胶比越大,受低温的影响程度越显著.在0 ℃时,基准混凝土的强度较常温略有下降,随着橡胶掺量的增加,强度由减小转变为增大趋势.低温-30 ℃时,水胶比为0.35时,橡胶混凝土力学性能相对优越.     

The effect of lateral pressure on the bond of round reinforcing bars in concrete

Lateral pressure is found to significantly increase the bond strength that can be mobilized at the bar/concrete interface. For round bars the effect is mainly frictional and can result in an increase in pull-out load of as much as 200% for lateral pressures close to the cube strength of the concrete. Two different methods of bond testing, the standard cube pull-out and the more representative semi-beam test, were modified to investigate the influence of lateral stress on ultimate bond strength. The enhanced bond strengths obtained in the tests are compared with those predicted using a theoretical approach to estimate the frictional bond strength; reasonable agreement is shown.     

UHPC与普通混凝土试件界面黏结抗冻性能试验研究

超高性能混凝土(UHPC)因为其较高的强度和优良的耐久性被认为是极具潜力的结构修补用材料之一。同时,UHPC与普通混凝土(NC)之间的界面黏结性能,是影响UHPC在混凝土加固修复工程中应用可靠性的关键因素。针对严寒环境,本试验对超高性能混凝土与普通混凝土(以下简称UHPC-NC)黏结试件开展－60 ℃的冻融循环试验,分析冻融循环后试件的宏观形态变化、质量变化率。通过黏结强度试验,获得界面的黏结强度以及相应的界面破坏模式。试验主要分析－60 ℃冻融循环对UHPC-NC试件界面黏结性能的影响,以及界面的不同处理方式(钢丝刷刷毛、高压水射流冲毛及劈裂)对抗－60 ℃冻融循环作用的影响,同时,对冻融作用下UHPC-NC试件的界面损伤机理进行初步探索。试验结果表明:－60 ℃冻融循环对UHPC-NC试件黏结强度有较大影响,劈裂组试件的界面黏结强度在经历10次、15次、20次冻融循环后分别下降为界面黏结基准强度的72.94%、55.62%及44.33%,界面黏结强度呈现先急速下降再缓慢下降的趋势;界面粗糙度越高,界面的剩余黏结强度越大,经历20次冻融循环后,劈裂组试件的剩余黏结强度为高压水射流冲毛试件的2.03倍。     

磁化水钢纤维再生混凝土早期强度研究

为研究磁化水和钢纤维对再生混凝土早期强度的影响,以C40强度为基准,研究分析不同磁场强度(0 mT、200 mT、260 mT、320 mT)的磁化水和不同体积掺量的钢纤维(0%、0.6%、1.2%)对再生混凝土立方体早期抗压强度和劈裂抗拉强度的影响,并对其微观结构进行观察分析。试验结果表明:钢纤维能够显著提高再生混凝土早期抗压强度和劈裂抗拉强度;磁化水对于再生混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均有不同程度的提升,其中劈裂抗拉强度增幅较小;在0.6%钢纤维掺量和260 mT磁场强度下再生混凝土早期抗压强度增幅较为明显。     

Effect of heating rate on bond failure of rebars into concrete using polymer adhesives to simulate exposure to fire

The high bonding capacity of polymer adhesives has encouraged their application for anchoring steel bars into concrete for structural purposes. However, high temperatures have the effect of weakening the bond and endangering the construction under a fire situation. This paper evaluates bond resistance to temperature by means of pull-out tests performed with a constant tensile load on the steel bar and a progressive temperature increase of the bond throughout the test until a failure temperature is reached. Two testing programs were performed using separate heating technologies: electric oven and gas furnace, which mainly differ by their heating speed, in order to assess the influence on bond failure at high temperature. The study describes thermal characteristics and phenomena such as vaporization in different concrete zones near the anchor in both of the testing devices (electric and gas).