铝合金板混凝土界面的粘结滑移性能及其本构关系

铝合金板具有轻质高强、耐腐蚀性和延展性好等优点,是复杂恶劣环境中加固混凝土结构的理想材料。基于双剪试验进行铝合金混凝土界面粘结滑移性能研究,完成了45个构件的双面纯剪试验,得到了其破坏形态、荷载应变关系曲线、粘结界面剪应力分布曲线、荷载滑移关系曲线以及界面极限承载力,分析了不同的混凝土强度等级、铝合金板表面粗糙度、铝合金板粘结长度和粘结宽度条件下界面粘结滑移性能的演化规律。研究表明:加载过程中,界面应力从加载端向自由端逐步传递,且随着混凝土强度等级、铝合金板的粘结长度和宽度的增加,试件的剥离承载力也有所提高。但铝合金的粘结长度存在一个有效粘结长度值,超过该值试件的剥离承载力将不再增加,同时,铝合金表面粗糙度对试件剥离承载力的提高没有实质影响。通过测量铝合金板的应变得到了不同参数条件下铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线,结果表明:铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线存在明显的界面软化特征和非线性行为。     

海水与腐蚀电流耦合作用下铝合金与混凝土界面黏结性能

为提高海洋混凝土结构的耐久性和使用性,基于牺牲阳极的阴极保护技术,对腐蚀防护与结构一体化的铝合金板-钢筋混凝土组合构件的界面黏结性能进行试验研究,建立海水环境与腐蚀电流耦合作用下界面黏结强度的计算方法。通过设计15组45个铝合金板与混凝土界面剪切试件,分别进行室内养护和耦合环境(海水环境与腐蚀电流)加速锈蚀,并进行单剪试验,研究黏结长度(60、80 mm和100 mm)、黏结宽度(60、80 mm和100 mm)、铝合金板表面刻槽深度(1.5 mm和2.5 mm)以及锈蚀时间(30、60 d和90 d)等参数对界面破坏形式、极限荷载及应变分布的影响。结果表明：室内环境养护下,试件的破坏形式为黏结层-混凝土之间的界面剥离,而耦合环境下试件的破坏形式转变为铝合金板与黏结层之间的界面剥离,且当锈蚀龄期达到90 d时,剥离的混凝土面积明显减少,故海水和腐蚀电流的耦合作用会降低铝合金板与黏结层界面的黏结性能;增大黏结长度、宽度以及表面刻槽深度,可提高室内环境下试件界面的极限破坏荷载,也能缓解耦合环境对试件界面黏结性能的不利影响;但黏结长度或宽度超过80 mm后,其缓解作用减弱。利用试验测试获得的...     

BFRP加固混凝土界面粘结强度影响因素研究

为了探究BFRP加固混凝土界面粘结强度的影响因素,文中通过作者参与的BFRP加固混凝土的双剪试验,根据试验过程、试验结果以及分析,归纳出BFRP-混凝土界面粘结强度的主要影响因素有混凝土强度等级、粘结长度、胶层厚度以及粘结宽度。文中针对这四种影响因素进行综合分析得出以下结论,混凝土强度等级,界面粘结强度随混凝土强度等级提高而增大;粘结长度,有效粘结长度范围内,界面粘结强度随粘结长度增加而增大;胶层厚度,界面粘结强度随胶层厚度增加而增大。粘结宽度,界面粘结强度随粘结宽度的增加而减小。其中,混凝土强度等级和粘结长度是影响界面粘结强度的主要因素。     

SWR-PM加固层与混凝土界面黏结性能试验研究

进行了钢丝绳-聚合物砂浆（SWR-PM）加固层与混凝土的单面剪切试验,研究了混凝土强度、加固层黏结长度和加载端受压高度对试件破坏形态及剥离承载力的影响规律.结果表明：试件的破坏形态包括界面剥离破坏、混凝土拉剪破坏及混合破坏;界面剥离承载力随着黏结长度的增加而增长,直至黏结长度超过有效黏结长度后,剥离承载力才趋于稳定;试件的破坏荷载随着混凝土强度的增大而提高.建立了加固层黏结长度与界面剥离承载力的关系计算式,计算结果与试验结果吻合良好.     

带U型箍的FRP板-混凝土搭接接头单剪试验研究

大量既有基础设施由于材料性能退化、超负荷使用等原因性能退化,不能满足使用需求,因此需要进行加固、修复和改造。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP)是一种新型高性能材料,具有高强、轻质、耐腐及施工便捷等优越的性能,已广泛应用于工程结构的加固。将FRP板粘贴于钢筋混凝土梁/板等受弯构件,提升其抗弯承载能力,是钢筋混凝土结构主流的受弯加固技术之一。FRP加固钢筋混凝土梁/板的极限承载能力通常由中部剥离破坏或混凝土保护层剥离破坏控制,剥离破坏发生时FRP的最大应变仅为其极限抗拉应变的20%～40%,未能有效地利用FRP抗拉强度。FRP-混凝土搭接接头单剪试验常用于研究FRP-混凝土的粘结性能,采用该类试验研究带U型箍的FRP-混凝土的粘结性能,研究U型锚对粘结性能的提升,从而有助于提升配置U型箍的FRP加固钢筋混凝土受弯构件的力学行为。试验包含了6个试件,重点研究U型箍角度的影响。试验结果表明:锐角(如35°和45°)能够显著地提升FRP-混凝土界面粘结性能。     

纤维增强复合材料加固钢筋混凝土单向板受弯性能研究

通过纤维增强复合材料（FRP）布加固钢筋混凝土单向板的受弯性能试验,研究了FRP布种类、层数、宽度、粘贴方式和锚固措施等因素对加固效果的影响。结果表明：在板底粘贴CFRP布和高强GFRP布均可明显提高钢筋混凝土单向板的受弯承载力和纵筋屈服后刚度。当采用横向粘贴1层U形CFRP布条作为端部锚固措施时,所有加固单向板试件的破坏模式均为跨中弯曲裂缝引起的剥离破坏。当FRP布宽度和层数相同时,采用CFRP布加固效果优于高强GFRP布加固。与对比试件相比,FRP布加固钢筋混凝土单向板试件的位移延性略有降低。高强GFRP布加固钢筋混凝土单向板的位移延性优于CFRP布加固钢筋混凝土单向板。FRP布的粘贴方式对FRP加固钢筋混凝土单向板的位移延性也有影响,单层FRP布加固单向板试件的延性较好。通过对试验结果的分析,提出了FRP布加固钢筋混凝土单向板构件受弯破坏模式的判别方法,验证了已有文献和GB 50608-2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中给出的跨中弯曲裂缝引起的FRP剥离应变计算公式对FRP布加固混凝土单向板的适用性,建立了FRP布加固钢筋混凝土单向板受弯承载力计算方法。     

CFRP板加固高强混凝土梁试验研究

通过三点弯曲试验,并利用CCD相机及数字散斑分析技术研究了CFRP板裂缝扩展至破坏的全过程。结果表明:各因素对试件承载力的影响程度从大到小依次为CFRP板厚、加载速率、裂缝深度、混凝土强度;粘贴CFRP板的高强混凝土试件破坏是由混凝土剪切破坏引起的CFRP板粘贴胶层与混凝土之间的界面剥离破坏,其从裂缝开始扩展到完全破坏的时间明显长于未粘贴CFRP板的试件;黏结界面仍是外粘CFRP板加固高强混凝土构件的薄弱部位。     

预制TRC板与混凝土界面性能研究

研究了织物增强混凝土(textile reinforced concrete,TRC)板与混凝土构件在凿毛及射钉锚固下的界面粘结性能,考虑边缘距离、粘结层厚度、粘结层水胶比、是否凿毛以及不同混凝土强度等级等因素,建立了20种工况,完成了单面剪切试验。结果表明,设立粘结层以及对混凝土表面进行凿毛处理可以显著提高试件的抗剪承载力;试件的抗剪承载力随粘结层水泥基体水胶比的增大、粘结层厚度的减小呈增大趋势;随边缘距离的增大呈先增大后减小趋势;试件破坏形式基本为撬出以及剥离的混合破坏模式。     

FRP复合材料与混凝土的粘结强度试验研究

FRP复合材料与混凝土的粘结强度是混凝土结构外粘FRP板材这一加固新技术的重要研究课题。本文首先采用FRP板-混凝土块搭接接头的单剪试验方法,考虑FRP板的搭接长度、支座高度变化、试件对中偏位、FRP板与混凝土块的宽度比等因素,对FRP与混凝土的粘结强度进行了深入研究。然后利用试验结果与最近提出的陈-滕粘结强度公式作了比较研究。研究结果表明:(1)粘结破坏有FRP剥离破坏和混凝土拉剪破坏两种形式;(2)FRP板的搭接长度、试件对中偏位、FRP板与混凝土块的宽度比等因素对粘结强度有显著影响,支座高度变化也有一定影响;(3)粘结强度不小于“有效粘结长度”时,陈-滕粘结强度公式具有较高精度。     

AFRP加固钢筋混凝土梁的界面粘结剪应力

分析了粘贴芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁纤维与混凝土间剥离破坏的机理和导致这种破坏的主要原因,并且通过芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的静载试验结果,拟合出了纤维应变的分布曲线,找出了芳纶纤维布与钢筋混凝土梁之间的界面粘结剪应力的分布规律及影响界面粘结剪应力大小的因素,提出了避免剥离破坏的有效措施,可供实际工程参考.     

装配式剪力墙浆锚连接的受力性能试验研究

为研究装配式剪力墙竖向浆锚连接的钢筋锚固性能及结合面受剪性能,以插筋配筋率为参数进行了3组搭接试验和2组抗剪试验,确定了其竖向插筋的搭接长度,得到了抗剪试件结合面的承载力、破坏模式和荷载-滑移关系曲线。试验结果表明：选取的钢筋搭接长度能够满足承载力要求;同一试件中,结合面1（后浇混凝土与抗剪键相连的界面）先于结合面2（后浇混凝土与凹槽连接的界面）破坏;插筋配筋率对结合面开裂荷载影响较小,但对受剪承载力影响较大;抗剪试件破坏时凹槽附近易发生混凝土脱落,建议剪力墙受拉钢筋直径尽量大于8 mm。采用ABAQUS软件对抗剪试验进行了有限元模拟,并分析了后浇混凝土强度、后浇带宽度和凹槽长度等参数对结合面受剪承载力的影响。分析结果表明：提高后浇混凝土强度可使结合面受剪承载力提高;在满足锚固需求条件下,增加后浇带宽度可提高墙体的受剪承载力,减少凹槽长度对墙体受剪承载力影响较小。     

超高性能混凝土-普通混凝土界面抗剪性能试验研究

力学性能和耐久性优异的超高性能混凝土(UHPC)非常适用于损伤普通混凝土(NC)结构的修复加固,其中UHPC-NC界面的抗剪性能对确保良好的加固效果至关重要。论文通过7组抗剪推出试验,评估NC表面光滑、凿毛、露筋、刻槽、钻孔和植筋等UHPC-NC界面的抗剪性能和破坏模式;并利用斜剪试验,探讨UHPC龄期、NC基体湿润度、NC表面粗糙度和UHPC养护条件对界面抗剪强度的影响。试验结果表明,UHPC-NC界面抗剪黏结性能优异,界面破坏方式基本为NC剪切破坏或界面+NC破坏两种模式,未出现完全的界面剥离破坏。NC表面粗糙度是影响界面抗剪强度的主要因素,凿毛或刻槽的UHPC-NC界面获得了最佳的抗剪承载力,植筋和刻槽界面在抗剪破坏时表现出较好的延性。此外,NC越湿润,UHPC-NC界面的抗剪强度越高,在UHPC早期龄期(3～7d)时界面可获得绝大部分抗剪强度(88.5%～95.0%),在常温养护条件下UHPC-NC界面的抗剪性能优于高温养护界面。     

Experimental investigation into the interfacial shear strength of AGS-FRP tube confined concrete pile

Fiber reinforced polymer (FRP) tube confined concrete piles have been increasingly used in the infrastructure industry. However, debonding is one of the critical issues that need to be adequately addressed before FRP confined concrete pile can reach its full market potential. To improve drivability of conventional FRP tube confined concrete cylinders for pile applications, Li [Li G, Experimental study of hybrid composite cylinders, Compos Struct 2007; 78 (2): 170–181] proposed a novel advanced grid stiffened (AGS) FRP tube encased concrete cylinder. The AGS-FRP tube was made of a lattice of interlaced FRP ribs that was wrapped by a thin layer of FRP skin. The AGS-FRP tube was then filled with concrete. Test results show a considerably increased compressive strength, elastic range, and positive composite action due to the enhanced interfacial bonding strength through mechanical interlocking. The purpose of the current study was to experimentally investigate the effect of the thickness of the FRP ribs and the FRP skin on the interfacial bonding strength through push-out test. Five groups of specimens were manufactured. Groups A and B consisted of regular FRP tube confined concrete cylinders with different wall thicknesses. Groups C, D, and E consisted of the AGS-FRP tube confined concrete cylinders of varying rib thicknesses. The push-out test results indicated that the AGS-FRP tube confined concrete cylinders had stronger interfacial bonding than the regular FRP tube confined concrete cylinders. Skin thickness was positively related to the interfacial bonding in the regular FRP tube confined concrete columns. To the opposite of the common belief that the interfacial bonding strength increases as the rib thickness increases, the interfacial shear strength decreases as the rib thickness increases, due to the lower concrete strength used. It is thus suggested that the rib thickness should match the concrete strength in order to fully display the efficiency of mechanical interlocking.     

Shear capacity of connect construction between corrugated steel web and concrete lower slab

为改善波形腹板与底板连接构造混凝土浇筑质量与耐久性能,提出翼缘钢板下移至混凝土板底面,开孔板连接件垂直焊接于波形钢板并贯穿钢筋的下包型连接构造。通过设计具有不同开孔板厚度、形状及焊接宽度等参数的连接构造试件,开展标准推出试验,研究其受剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式以及相对滑移特征。在试验研究的基础上,考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型以及钢-混凝土界面非线性接触,建立适用连接构造受剪分析的精细有限元模型,分析结果与试验结果吻合较好。通过验证的有限元模型进行参数分析,结果表明,增加开孔钢板的厚度和混凝土的抗压强度可有效提高受剪承载力。最后,基于模型试验与有限元参数分析结果,提出布置开孔板连接的下包型构造受剪承载力的计算式,可对开孔钢板连接面外受剪承载力进行较为准确地预测。     

三边约束钢板的抗剪承载力

利用静力加载方法对4种宽厚比的三边约束钢板单元进行了试验研究,通过试验考察了三边约束钢板的破坏形态和抗剪极限承载力,分析了宽厚比对钢板抗侧性能的影响,试验结果表明:小宽厚比钢板的抗屈曲能力较强,但是对边界约束条件要求较高,易造成边界连接破坏.根据钢板破坏形态,对其抗侧性能进行了理论分析,建立了三边约束钢板的抗侧性能计算...     

Numerical Analysis of Debonding Mechanisms in FRP-Strengthened RC Beams

Abstract:   Fiber-reinforced polymer (FRP) composites have been increasingly used as externally bonded reinforcement in lieu of their steel counterpart in the rehabilitation and retrofit of existing concrete structures. Without proper understanding of interfacial fracture behavior and failure mechanisms, it is impossible to efficiently develop an effective and rational FRP bonding technique. This article is mainly focused on clarifying the debonding behavior and failure mechanisms caused by different types of flexural crack distributions in FRP-strengthened R/C beams, which has not been solved so far. Using a discrete crack model for concrete crack propagation and a bilinear bond–slip relationship with softening behavior to represent FRP–concrete interfacial behavior, a nonlinear fracture mechanics-based finite-element analysis is performed to investigate the effects of crack spacing and interfacial parameters such as stiffness, local bond strength, and fracture energy on the initiation and propagation of the debonding and the structural performance. It is shown that the debonding behavior and load-carrying capacity are significantly influenced by two important factors: interfacial fracture energy and crack spacing in relation to the effective transfer length of FRP sheets. Based on the numerical results, some suggestions concerning the effect of interfacial properties are made as practical design aids.     

钢筋混凝土简支深梁静力性能试验研究及拉压杆模型分析

通过8根混凝土简支深梁的静力试验,研究了水平及竖向配筋率、剪跨比对拉压杆模型的影响。研究结果表明：试件经历了弹性、弹塑性和破坏三个工作阶段,在支座与加载点之间出现一条或多条斜向裂缝,试件的破坏模式主要为剪切和弯剪破坏,配筋率较小的试件发生弯曲破坏,其破坏具有延性特征;随着荷载增加,支座附近出现斜裂缝并形成混凝土压杆,当压杆的配筋率增大（不超过1.5%）和剪跨比的变小,压杆强度明显提高,且试件趋于剪切破坏;配筋率（水平、竖向配筋率）不大于1.5%,压杆的最大主应力角与剪跨比的反正切角方向接近,本文建议拉压杆模型最大主应力角取54°;推导混凝土深梁的拉压杆模型受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

端部机械锚固FRP-混凝土黏结界面承载力试验研究

采用胶-机械混合锚固体系可以有效防止纤维增强复合材料 (FRP)与混凝土之间的早期剥离破坏,提高FRP材料的强度利用率。为明确端部锚固对黏结界面性能及破坏形式的影响,进行了不同锚固形式的FRP-混凝土黏结结点的单面剪切试验,对比分析了纯外贴锚固（EB）、普通混合锚固（HB）和自锁混合锚固(SLHB)三种不同端部锚固形式的锚固性能。对于HB-FRP加固方法,探究了FRP黏贴长度和机械锚固扣件施加扭矩大小对加固效果的影响。结果表明：采有EB、HB、SLHB锚固形式的FRP加固构件破坏形式分别为界面剥离、FRP滑动拉出和FRP拉断（强度利用率为1.0）;采用SLHB-FRP和HB-FRP加固方法的试件相比采用EB-FRP加固方法的加固构件在15N·m的扭矩下可以提高承载力约122.9%和56.4%,采用EB-FRP和HB-FRP加固方法试件的FRP强度利用率分别为0.448和0.702;随着扭矩的增大,采用HB-FRP加固方法的试件极限荷载也有不同程度的提升,且失效荷载与扭矩线性相关;对于自锁混合锚固形式,在15kN·m的扭矩作用下,FRP强度均能得到100%利用,失效荷载均为FRP拉断荷载,与黏结长度无关。     

带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,制作10个钢板之间采用八螺母螺栓连接的钢板-混凝土组合剪力墙试件并对其进行拟静力试验,研究试件的破坏模式、变形能力及耗能能力,得到试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线、刚度退化曲线、位移延性系数以及累计耗能曲线等,分析高宽比、约束拉杆间距、钢板厚度、核心混凝土厚度、轴压比及边缘增设型钢对试件抗震性能的影响。结果表明：钢板之间采用八螺母螺栓连接可行,带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能较好,随高宽比降低、约束拉杆间距减小、钢板厚度增大、核心混凝土增厚及边缘增设型钢,其抗震性能增强;端部增设型钢可显著提高试件承载力;减小约束拉杆间距可显著提高试件的延性。     

铝合金板剪力墙抗震性能研究

传统钢板剪力墙的周边框架和内嵌板均采用普通钢材。随着耗能抗震理念的发展,将内嵌板中的普通钢板替换成低屈服点的铝合金板,组成铝合金板剪力墙。采用数值方法研究铝合金板剪力墙在单调荷载作用下的抗剪性能和在低周反复荷载作用下的滞回性能。研究显示:与普通钢板相比,铝合金板更易发生剪切屈曲不先于剪切屈服,对周边框架的要求更低且耗能性能更好。