端部混锚CFRP加固混凝土界面黏结性能模型

现阶段工程实际中CFRP加固钢筋混凝土构件采用的纯粘贴CFRP的方法,容易发生CFRP片材的早期剥离破坏,大大降低了加固效果,采用端部混锚技术可以有效改善该问题。为丰富端部混锚技术加固理论,研究端部混锚技术对CFRP加固混凝土界面黏结性能的影响,结合指数型双参数黏结-滑移本构模型,利用叠加法建立了端部混锚CFRP加固混凝土界面黏结行为理论模型,得到了界面荷载-滑移曲线、界面黏结剪切应力、CFRP正应力和应变分布表达式。并设计进行了端部锚固加固混凝土试件的单面剪切试验,将试验数据与理论公式进行了对比分析,验证了解析推导公式的正确性。此外,经参数分析可知,界面参数A对界面剥离荷载值和相对应滑移值的影响最大;当黏结长度小于有效黏结长度时,剥离荷载及对应的加载端滑移都会明显减小。     

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.     

预应力碳纤维板与混凝土界面黏结滑移本构关系研究

碳纤维板(CFRP)与混凝土界面之间的黏结滑移关系是预应力CFRP加固混凝土结构计算的关键参数之一。以CFRP初始预应力、CFRP宽度和胶层厚度为影响因素,设计了12组预应力CFRP加固混凝土试件,通过双面剪切试验测试结果建立每组试件的界面黏结应力与滑移量关系曲线。对比现有CFRP与混凝土界面本构关系模型所包含的基本参数,选择合适的模型对预应力CFRP与混凝土界面的黏结滑移本构关系进行拟合,并通过有限元模拟验证所拟合本构关系的准确性。该黏结滑移本构关系将对预应力CFRP加固混凝土梁的理论分析及工程应用提供理论依据。     

基于黏结滑移内聚力模型的纤维增强材料网格加固混凝土梁弯曲承载力计算

为深入研究纤维增强复材(FRP)网格-水泥基材复合加固钢筋混凝土(RC)梁的抗弯性能,对完成试验的5根梁试件进行有限元建模,并引入黏结滑移内聚力模型单元,重点分析了受弯破坏时复合层与RC梁的界面损伤演化机理。以FRP网格单位加固量和RC梁配筋率为导向,建立多个参数化有限元模型进行对比分析,最终提出基于黏结滑移内聚力模型的FRP网格加固RC梁弯曲承载力改良计算模型,并依据相关文献验证计算模型正确性和适用性。研究结果表明：基于黏结滑移内聚力模型单元建立的有限元模型能够有效拟合试验过程与试验结果;复合层与RC梁的界面损伤由剪跨段出现并沿着网格方向发展至支座处,最终同时损伤导致界面破坏;网格单位加固量与配筋率对RC梁弯曲承载力影响较大,网格单位加固量与发生剥离破坏时跨中网格应变呈负相关,配筋率对发生剥离破坏时跨中网格应变影响较小;提出的FRP网格加固RC梁弯曲承载力改良计算模型是正确并适用的,能够较好地预测加固试件的弯曲承载力和跨中网格应变。     

CFRP外贴加固混凝土梁斜截面力学性能及影响因素的试验研究

通过8根碳纤维布加固混凝土粱的抗剪试验,研究了碳纤维布加固方式、加同量、条带间距及粘贴层数对混凝土梁抗剪加固效果的影响.试验结果表明:外贴CFRP条带能有效提高试件的抗剪承载力,其破坏模式主要为CFRP布黏结失效破坏.承载力提高程度与加固方式、加固量、条带间距及枯贴层数密切相关.在受剪过程中,CFRP材料在混凝土梁裂缝发生之后开始发挥作用,而且CFRP条带的应变在斜截面上的分布不均匀.     

FRP网格-ECC复合层加固混凝土界面定量化处理及黏结性能试验研究

针对传统纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)网格-工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites, ECC)复合层加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)结构存在界面处理质量无法保证的问题,提出通过对混凝土表面钻孔定量化描述界面粗糙度的改良FRP网格-ECC复合层加固方法,并建立了粗糙度评价指标,即界面处理率。为研究不同界面处理率下复合层与混凝土之间的界面黏结性能,开展复合层抗拉试验研究其材料性能,并对4组12个双剪试件进行试验,考察不同界面处理率对复合层与混凝土黏结剪切性能的影响。研究结果表明：复合层的拉伸应力-应变曲线呈双线性,抗拉强度为10.62 MPa,极限拉应变为0.0138;未界面处理的试件发生了界面剥离破坏,经界面处理后试件随着界面处理率的增大,破坏模式逐渐从临界断裂破坏向复合层断裂破坏过渡,即定量化界面处理的改良加固法可抑制界面的剥离,且可在一定程度上控制界面破坏形态;基于现有FRP片材-混凝土的黏结滑移模型,并考虑FRP网格-ECC复合层整体受力行为和界面处理率...     

黏结树脂对复材-混凝土界面疲劳性能影响的试验研究

采用不同种类的黏结树脂制作复材-混凝土双面剪切试件,保持混凝土强度、复材粘贴层数和黏结长度等参数不变,仅将黏结树脂种类作为变化参数,进行疲劳荷载下复材-混凝土界面性能试验。比较疲劳荷载下试件破坏模式、荷载-滑移、复材应变分布、界面黏结-滑移关系等受力指标,分析黏结树脂性能对复材-混凝土界面疲劳受力行为的影响。试验结果表明,在同等疲劳荷载水平下,相比其他树脂,采用柔软树脂的试件平均疲劳寿命相对更高,界面黏结强度、刚度、界面断裂能更大、延性更好;通过液体橡胶对普通树脂进行增韧改性,能够有效改善界面的疲劳受力性能,提高疲劳寿命。     

CFRP加固混凝土结构耐久性试验研究

为了对海水环境下CFRP-混凝土界面性能进行研究,采用42个CFRP片材进行了CFRP材料物理力学性能试验,采用72个混凝土单剪试件对海水环境下CFRP-混凝土界面黏结性能进行试验。结果表明:CFRP材料的耐久性良好,长时间的海水腐蚀对CFRP材料的物理性能没有太大影响;CFRP-混凝土黏结强度随腐蚀时间增加而降低;长时间海水腐蚀对界面延性有不利影响,对界面应变发展规律和黏结滑移关系没有明显影响。     

硫酸盐环境下CFRP加固顺序对混凝土梁界面黏结性能影响

提出了先粘贴CFRP后硫酸盐腐蚀以及先硫酸盐腐蚀后粘贴CFRP两种加固顺序,开展了64块CFRP-混凝土试件的双剪试验,分析了CFRP粘贴顺序、粘贴长度、粘贴宽度对混凝土界面破坏模态、抗压强度、剥离荷载、黏结强度、界面能、黏结应力-滑移曲线的影响,并基于硫酸盐环境影响系数建立了CFRP-混凝土界面黏结强度模型。试验结果表明,硫酸盐环境下,环氧树脂胶体能较好的保护混凝土黏结区域;随着硫酸盐腐蚀时间的延长,界面的剥离荷载、黏结强度均呈下降趋势,腐蚀至123 d时,下降最为严重,而对于界面断裂能,腐蚀至123 d时,下降幅度反而降低;CFRP黏结长度为65 mm下的界面黏结强度最大,随着黏结长度的增加,CFRP-混凝土界面的黏结性能逐渐降低;硫酸盐环境影响系数的提出可为恶劣环境的分类提供科学依据。     

盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面的黏结性能,对27个内嵌FRP筋加固混凝土试件进行盐腐蚀后的单端拉拔试验,分析试件的受力过程和破坏模式,研究内嵌FRP筋黏结长度、腐蚀时间和FRP筋类型对界面黏结性能的影响。结果表明：盐腐蚀的试件破坏模式分为结构胶劈裂、FRP筋拉断和结构胶劈裂且FRP筋弯折等3种,且以结构胶劈裂破坏为主。盐腐蚀环境下内嵌FRP筋混凝土试件的黏结应力与黏结长度、破坏模式与腐蚀时间有关。盐腐蚀环境会影响混凝土、黏结材料及FRP筋的力学性能,加剧黏结界面失效破坏。腐蚀时间为30 d和90 d的内嵌BFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力高于内嵌GFRP筋加固混凝土试件的,腐蚀时间为60 d的内嵌GFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力优于内嵌BFRP筋试件的。根据试验数据拟合了盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结-滑移本构关系,其拟合优度达到0.988 0。     

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。     

基于梁式试验法的CFRP布与钢材界面-动态粘结性能研究

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固结构构件常发生界面过早剥离破坏的问题,进行了4个粘贴CFRP布试件的冲击试验和2个静力对比试验,主要研究CFRP与钢材界面动态粘结性能。从界面的破坏形态、CFRP应变分布以及荷载 滑移曲线等方面,对冲击荷载和静力荷载下CFRP与钢材界面动态粘结性能进行了对比分析。在试验的基础上,提出了基于梁式试验法的局部粘结应力 滑移本构关系计算方法。结果表明:冲击荷载下CFRP应变分布曲线与静力荷载下相比更加陡峭;界面极限动态承载力有所提高。     

碳纤维增强塑料布与混凝土基层粘结行为研究

通过自行设计的试验方法,研究了30组粘贴有碳纤维增强塑料布(CFRP布)的混凝土试件粘结界面的破坏形态、粘结应力和碳纤维增强塑料布应变分布特性以及粘结破坏的发展过程.结果表明,粘结应力由碳纤维增强塑料布的加载端向自由端逐渐传递,破坏瞬时发生,破坏形式以剥离破坏为主;存在一个有效粘结长度,约为100 mm.研究结果说明自行设计的粘结试验方法有一定可行性,可为测定CFRP布-混凝土界面粘结强度指标提供新的思路.     

Short and long-term bond performance of prestressed FRP sheet anchorages

This paper discusses experimental results of the short and long-term behavior of the anchorage zones of externally bonded prestressed fiber reinforced polymer (FRP) sheets. An experimental program was conducted to investigate seven beams bonded with prestressed FRP sheets including anchored or unanchored FRP sheet ends. Using different layers of FRP sheet, the prestress level of FRP sheets varied from 20% to 40% of the guaranteed tensile strength. The experimental observation was conducted in an outdoor environment and lasted about twenty months when temperatures were in the 7–30 ^°C range. This study provides significant data on the development of the effective bonding lengths, as well as the initiation and propagation of debonding along the FRP-concrete interface due to creep effect of the adhesive layer. Although adhesive creep leads to debonding propagation at higher shear stress, this creep is favored at low shear stress because it increases the effective bond length which improves the bond capacity of FRP-concrete interface and prevents premature failure of the anchorages. The effective bonding length was found to increase to 50% due to creep of the adhesive layer. The anchored end of the FRP sheets using steel plates and anchor bolts is an effective solution to enhance the bond capacity of FRP-concrete interface for short and long-term loading.     

Evaluation of debonding failure of reinforced concrete girders strengthened in flexure with FRP laminates using finite element modeling

The use of Fiber-Reinforced Polymer (FRP) materials dates back to the early 1940s when they were used in aerospace and naval applications. During the 1970s and early 1980s, FRP started being used in civil engineering applications for new construction, but more importantly for repair and strengthening of existing structures. However, experimental research showed that the typical failure mode of reinforced concrete (RC) structures strengthened with FRP composite materials is due to the debonding that occurs at the interface between concrete and FRP. The bond between FRP and concrete is therefore the key factor controlling the behavior of these structures since it limits the full use of the FRP strength. The paper evaluates the effect of the debonding failure on the response of FRP-strengthened RC beams. A nonlinear RC beam element with bond-slip between the concrete and the FRP laminates is developed and used to analyze several test specimens and to investigate their corresponding failure mode. The model was also used to study the reduction factor of FRP tensile strength of simply supported strengthened RC girders due to debonding failure. This reduction factor proved to be affected by several parameters: (a) the bond strength between FRP and concrete interface; (b) the concrete strength; (c) the thickness of FRP; (d) the modulus of FRP; (e) the width of FRP laminate; and (f) the development length of the FRP sheet. A large number of beam specimens were analyzed in order to conduct a thorough evaluation of debonding failure of RC beams strengthened with FRP laminates. Based on these studies, new equations that account for the aforementioned parameters were proposed to address the reduction in FRP strength due to debonding failure.     

Preliminary experimental investigation of the fatigue bond behavior of CFRP confined RC beams

This paper presents the results of the first phase of a study on the effect of the confinement provided by transverse carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets on the fatigue bond strength of steel reinforcing bars in concrete beams. Reinforced concrete bond-beams 150 × 250 × 2000 mm were tested. The variables examined were the area of the CFRP sheets (none or one U-wrap CFRP sheet), the reinforcing bar diameter (20 or 25 mm) and the load range applied to the specimens. The results showed that increasing the bar diameter increased the fatigue bond strength for the unwrapped beams. The CFRP sheets increased the bond strength of the bond-beams with 20 mm bars. However, for the beams with 25 mm steel bars the failure mode changed from a bond splitting failure for the unwrapped beams to a diagonal shear failure for the CFRP wrapped beams, and there was little increase in fatigue strength. Finally, the bond failure mechanism for repeated loading is described.     

铝合金板与混凝土的粘结性能

铝合金材料具有强度高、变形性能好、耐腐蚀等优点,是沿海侵蚀环境中钢筋混凝土结构加固工程的理想材料;而铝合金板与混凝土的粘结性能是铝合金板加固钢筋混凝土梁能否协同工作的关键问题。基于此,对铝合金板与混凝土的粘结性能进行试验和理论研究。考虑混凝土强度、铝合金板宽度和厚度、粘贴长度及界面处理等因素对铝合金板和混凝土块体粘结性能的影响,设计了一套试件固定装置,采用万能试验机对105个铝合金板与混凝土棱柱体的粘贴试件进行了面内单剪试验。根据试验结果,结合理论分析,得到了铝合金板和混凝土连接的粘结破坏典型特征、剪应力分布曲线和粘结滑移曲线。研究表明,试件存在两种破坏形式:界面剥离破坏和混凝土层剥离破坏。界面处理对粘结性能有重要的影响,粘贴界面没有进行糙化处理的试件发生了界面剥离破坏,其他试件发生了混凝土层剥离破坏;随着混凝土强度的提高、铝合金板宽度和厚度的变小,粘结性能提高;存在一个有效粘贴长度,当粘贴长度大于有效粘贴长度后,增大粘贴长度并不能提高连接的极限荷载。     

BFRP和CFRP加固受弯混凝土界面疲劳性能试验

以纤维增强复合材料（FRP）片材外贴混凝土受弯构件为研究对象,探讨玄武岩纤维（BFRP）和碳纤维增强复合材料（CFRP）加固混凝土界面疲劳性能。通过实施四点弯曲加载试验,研究了BFRP和CFRP加固混凝土界面疲劳破坏模式、界面疲劳裂缝扩展规律以及构件跨中挠度和FRP应变随加载循环次数的变化规律,并对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力和疲劳寿命进行了分析,给出了BFRP和CFRP加固混凝土界面的疲劳强度。研究结果表明:与BFRP 混凝土界面相比,CFRP 混凝土界面的静载剥离承载力提高了约50%,其疲劳寿命也明显提高;既有疲劳历程对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力影响不大。     

碳纤维布加固超役混凝土电杆的破坏机理及力学性能

以某电网某路段超过服役期的钢筋混凝土电杆为研究对象,选取电杆杆身与跨中带钢圈接头的杆身试件各6根,其中各取3根试件采用碳纤维布（CFRP）沿杆件纵向进行加固,并对其进行抗弯承载力试验,对比研究在不同的碳纤维布黏贴层数下加固电杆的受力性能和破坏机理。基于试验实测数据,对强度及刚度计算方法进行了研究,并提出了刚度退化的数学表达式。研究结果表明：采用碳纤维布加固电杆后,其破坏表现为混凝土与碳纤维布的表面粘脱失效所致,纵向碳纤维布被拉断作为最终破坏形态,破坏过程迅速,脆性明显;试件的截面应变分布符合平截面假定。加固前杆身试件的承载力退化严重,加固后混凝土电杆的承载能力和刚度均有显著提高,但加固电杆的损伤发展较加固前提早,且快而集中,综合多方面考虑,建议在混凝土电杆接头附近的一定距离内采取双层、杆身其余部位采用单层的碳纤维布加固方法。