GFRP/钢绞线复合筋黏结锚固试验研究及设计建议

GFRP/钢绞线复合筋与混凝土之间的黏结锚固是GFRP/钢绞线复合筋增强混凝土结构性能的关键问题.采用拉拔试验,参照ACI规范的试验方法,对180个混凝土拉拔试件进行试验研究,测定每个试件的黏结强度、加载端滑移及自由端滑移,并计算GFRP/钢绞线复合筋的黏结一滑移关系曲线.基于肋间距、筋直径、埋置长度、混凝土强度、混凝土保护层厚度和浇筑深度等因素对黏结锚固性能的影响,通过对试验数据的统计分析,得到GFRP/钢绞线复合筋的混凝土保护层修正系数、混凝土浇筑深度修正系数及黏结滑移限值,提出GFRP/钢绞线复合筋的黏结强度计算公式和基本锚固长度的计算公式,并确定锚固长度的计算原则.试验数据及设计建议可为确定GFRP/钢绞线复合筋的混凝土保护层厚度、构建GFRP,钢绞线复合筋的黏结一滑移本构关系模型以及制定相关规范提供参考和依据.     

大直径高强预应力钢绞线与混凝土粘结锚固性能试验

为研究大直径、高强预应力钢绞线与混凝土及灌浆料的粘结锚固性能,以相对锚固长度、相对保护层厚度和箍筋间距为参数,对30个拉拔试件、3根钢铰梁试件进行试验研究,获得了拉拔试件、梁式试件的粘结应力-滑移曲线等数据。试验结果表明:各参数相同条件下,梁式试验得到的粘结应力小于拉拔试验得到的粘结应力;随着锚固长度的增加,极限粘结应力有所下降;相对保护层厚度越大极限粘结强度越大;减小箍筋间距能提高钢绞线与混凝土的粘结性能。     

波纹管内钢绞线粘结性能试验研究

采用改进的钢筋拉拔试验装置,对10组(30个)试件进行钢绞线拉拔试验,分析了波纹管直径、混凝土保护层厚度以及粘结长度对波纹管内钢绞线与浆体粘结性能的影响。研究表明:波纹管内钢绞线与浆体的粘结强度明显小于钢绞线与混凝土直接接触的粘结强度;保护层厚度越大,波纹管直径越大,试件的粘结强度则越大;随着钢绞线的粘结长度增大,粘结强度先增加后减小。通过试验数据拟合出波纹管内钢绞线的粘结滑移本构关系模型,回归结果与试验吻合较好。     

GFRP筋-混凝土协同工作性能研究

从理论和实验方面研究了GFRP筋与混凝土的协同工作性能。制作9组GFRP筋-混凝土标准拉拔试件和3组钢筋混凝土标准拉拔试件,通过拉拔实验获得GFRP筋从混凝土中拔出时的破坏特征和GFRP筋与混凝土的粘结强度-滑移曲线。通过获得的数据和现象分析GFRP筋混凝土粘结强度的影响因素、粘结-滑移曲线的特征。为GFRP筋混凝土结构的应用、推广提供了参考和理论依据。     

GFRP-钢绞线复合筋与混凝土黏结机理及强度计算模型

GFRP-钢绞线复合筋不仅抗拉强度高、耐腐蚀性好、质量小,同时具有较高的弹性模量。复合筋的高强度能否得到充分发挥,一定程度上取决于其与混凝土的黏结性能。通过15组黏结试件的拉拔试验,分析对比筋材类型、直径、钢绞线体积率、保护层厚度和混凝土强度对FRP筋与混凝土黏结强度及破坏形态的影响。结果表明:复合筋与混凝土黏结强度较GFRP筋与混凝土黏结强度有一定的提高,且随着钢绞线体积率的增加而增大,但仍低于钢筋与混凝土的黏结强度;随着保护层厚度的增加,复合筋与混凝土黏结强度逐渐增大,试件的破坏形态由混凝土劈裂转为筋材拔出;混凝土强度的提高对黏结强度的增强作用较为显著。在试验的基础上,将筋材周围的混凝土作为带裂缝的弹性体,并考虑开裂部分混凝土的残余强度,根据混凝土环向应力的分布,建立了筋材与混凝土最大黏结应力计算模型。根据该计算模型和试验结果,引入黏结应力分布系数,建立了带肋FRP筋与混凝土黏结强度的计算方法,黏结强度计算值与试验值吻合较好。     

混凝土中玻璃纤维筋黏结强度试验研究

文章基于室内拉拔试验研究不同混凝土强度及埋长下的GFRP锚杆极限承载力,研究了GFRP筋与混凝土间的粘结破坏机理,分析了拉拔过程中GFRP筋材的破坏形式及粘结应力变化规律,试验结果表明:拉拔试验过程中GFRP筋表现出筋材拔出破坏、混凝土劈裂破坏、筋材拉断三种不同破坏形式;玻璃纤维筋与混凝土间的平均粘结强度随着混凝土强度的增大而近似成线性增加,且增加幅度随着锚固长度越长而越发明显;玻璃纤维筋与混凝土间的粘结强度随埋长的增加而先小幅增大,达到一定值后小幅减小;GFRP筋埋长越大,纵向上的粘结应力分布越不均匀。     

500MPa级钢筋在高强混凝土中的锚固性能试验研究

进行了15组45个中心置筋拉拔试件试验,混凝土立方体抗压强度实测值在66.6MPa～89.2MPa,钢筋为HRB500,研究混凝土强度和相对保护层厚度对粘结锚固性能的影响。试验表明:66.6MPa～77.2MPa的试件极限粘结强度随混凝土抗压强度的提高而增大,而78.7MPa及以上试件极限粘结强度停止增长并有所降低;试件的极限粘结强度随相对保护层厚度c/d的增长近似呈线性增长;高强混凝土与普通混凝土相比劈裂后粘结强度的增长程度不明显。将极限粘结强度试验值与高强混凝土粘结强度公式计算值对比可知,锚筋直径为25mm,混凝土强度89.2MPa试件试验值较公式值偏小。     

GFRP筋与珊瑚混凝土黏结性能的试验研究

针对玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋与珊瑚混凝土间的黏结行为研究较少,进而影响到相关结构计算及性能分析等问题,开展了GFRP筋与珊瑚混凝土黏结性能的拉拔试验研究,分析了GFRP筋与珊瑚混凝土黏结破坏的受力过程和黏结-滑移曲线特征,以及相对保护层厚度、黏结长度和珊瑚混凝土材料特性等因素对GFRP筋与珊瑚混凝土黏结强度的影响.结果表明:GFRP筋与珊瑚混凝土的黏结强度能够满足一般工程需要,GFRP筋与珊瑚混凝土黏结破坏的受力过程、黏结-滑移曲线特征、黏结机理、破坏形态与GFRP筋-普通混凝土的黏结行为较为接近;各影响因素中,黏结长度、相对保护层厚度、GFRP筋直径及表面状况对GFRP筋与珊瑚混凝土黏结强度及破坏形态影响较大.     

BFRP筋与薄层混凝土粘结性能研究

研究覆膜蒸养后玄武岩纤维增强塑料BFRP(Basalt Fiber Reinforced Polymer)筋与夹芯保温墙板保护层混凝土的粘结性能,采用正交试验方法,考虑混凝土强度、保护层厚度及粘结长度3因素在不同水平下的影响,将BFRP筋混凝土试件蒸养8 h后再各标养3 d及28 d,对其进行中心拉拔试验,研究粘结强度随影响因素变化的规律,采用多元线性回归法对BFRP筋混凝土试件3 d及28 d粘结强度进行回归。结果表明:粘结长度是影响试件粘结强度最显著的因素,混凝土强度次之,保护层厚度影响较小,且3 d和28 d变化规律一致;试验的最佳组合是混凝土强度等级为C30,保护层厚度为40 mm,粘结长度为20 mm;回归公式为不同混凝土强度、保护层厚度和粘结长度下试件不同龄期的粘结强度值提供理论参考。     

火灾高温下GFRP筋和混凝土粘结性能试验研究

为了研究火灾环境中不同温度下纤维增强塑料(FRP)筋和混凝土之间粘结性能的变化以及火灾后FRP筋和混凝土之间的残余粘结性能,以玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋为例,对34组共120个混凝土棱柱体粘结试件进行了火灾高温时GFRP筋和混凝土之间粘结性能的试验研究,试验主要考虑了温度、混凝土强度和粗骨料粒径的影响,得到了高温中和降温后GFRP筋和混凝土之间的粘结强度以及GFRP筋的锚固长度。试验结果表明,随温度的升高,粘结性能会随之下降,当温度下降至室温后,其粘结性能会得到恢复。这些试验结果可以应用于GFRP筋增强混凝土结构抗火设计中。     

黏砂变形GFRP筋黏结性能研究

基于18个梁式试验、42个Losberg拉拔试验以及6个标准拉拔试验,对黏砂变形GFRP筋与混凝土之间的黏结性能进行了较系统的研究。研究表明:黏砂变形GFRP筋梁式试件和拉拔试件的破坏形态均可分为拔出破坏和劈裂破坏两种,黏结长度大于5倍直径的GFRP筋试件发生劈裂破坏,小于5倍直径的试件发生拔出破坏,而对于黏结长度为5倍直径左右的试件,两种破坏形态均有可能发生;GFRP筋与混凝土之间的黏结强度约为相应带肋钢筋的0.64～1.27倍;随着黏结长度和直径的增加,GFRP筋与混凝土之间的黏结强度有所降低;基于梁式试验、Losberg拉拔试验与标准拉拔试验得到的GFRP筋与混凝土之间的黏结强度无显著差异。最后,综合考虑GFRP筋直径、表面形态、黏结长度等因素影响,提出GFRP筋与混凝土之间黏结强度、锚固长度的设计建议。     

预应力型钢混凝土梁正截面承载力计算

预应力型钢混凝土梁是在普通型钢混凝土梁的基础上采用预应力技术的一种新型组合结构,它综合预应力混凝土结构和型钢混凝土结构的优点,从而具有更好的力学性能。针对不同的混凝土强度等级、受拉钢筋配筋率和保护层的大小、型钢保护层和预应力度等因素,对6根型钢混凝土梁和7根预应力型钢混凝土梁进行了全过程载荷试验。在试验研究的基础上,借鉴型钢混凝土梁正截面承载力计算方法,推导了预应力型钢混凝土梁正截面承载力计算公式,计算值与试验的结果吻合较好,从而为预应力型钢混凝土梁在实际工程中的应用提供了理论基础。     

拉拔条件下GFRP筋与混凝土粘结强度试验研究

采用Canadian Standards Association(CSA)标准规定的拉拔试验方法,考虑GFRP筋的种类、组分、直径、表面处理方法、肋间距、肋高度、肋宽度等因素,对GFRP筋与混凝土之间的粘结强度进行了试验研究。研究结果表明:试件的粘结破坏有筋表面变形的剪切、变形的脱落和肋间混凝土被剪碎三种形式;GFRP筋与混凝土的粘结强度低于钢筋与混凝土的粘结强度,大约为钢筋与混凝土粘结强度的65%~87%;GFRP筋的种类、直径、表面处理方法、肋高度、肋间距和肋宽度等因素对粘结强度的影响显著,但GFRP筋组分的影响不大;当肋间距为GFRP筋直径、肋高度为GFRP筋直径的6%时,GFRP筋与混凝土的粘结强度最高。     

型钢混凝土及预应力型钢混凝土梁试验研究

预应力型钢混凝土梁(PSRCB)是在普通型钢混凝土梁(SRCB)的基础上采用预应力技术的一种新型组合结构,利用型钢混凝土技术提高混凝土结构的承载能力,利用预应力技术改善型钢混凝土结构在正常使用极限状态下的性能,从而发挥更好的结构综合效能.鉴于目前国内外对PSRCB进行的试验研究较少,本文对8根PSRCB和6根对比SRCB进行了全过程载荷试验.试验研究表明,与SRCB相比,PSRCB具有如下特点:较好的抗裂性能;同等M/Mu下,裂缝向上延伸高度和受拉钢筋应力大大减小从而使最大裂缝的宽度变小,裂缝闭合性能较好;承受外荷载前,存在反向挠度对正常使用性能有利,随着预应力度的加大极限挠度减小,且变形恢复性能较好;同等截面条件下,可以实现更高的正截面承载力.     

粘贴玻璃钢板补强混凝土梁徐变特性初探

在对16片粘贴玻璃钢板补强的混凝土梁进行动静载试验后，得到了粘贴于混凝土梁受拉区的玻璃钢板的应变与混凝土梁主筋应变满足准平面假定的基础上，考虑混凝土徐变、收缩和玻璃钢板徐变情况下，对补强梁的徐变特性进行了分析、计算，结果表明，对补强加固梁进行徐变分析是必要的。徐变、收缩引起混凝土材料应变约有29％的增长量，补强梁的截面曲率约有15％的变化。     

Experimental study on bond performance between high strength steel rebar and ultra-high performance concrete

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能，设计并制作69个试件，通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏，高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大；纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显；当纤维体积率从1%增长至3%，长径比从35增加到100时，黏结强度分别提高了23%和16%；但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响；黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加，随着黏结长度增大而降低，当保护层厚度超过4倍钢筋直径时，增幅基本不变；当黏结段位于加载端时，受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%，黏结段越靠近试件中部，加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果，确定临界锚固长度计算式，提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式，同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得，现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度，建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。     

钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂细观数值研究

混凝土保护层锈裂严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。为了研究混凝土保护层的锈裂行为,考虑到混凝土细观结构的非均质性以及钢筋锈蚀的非均匀性,将完好混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了细观随机骨料模型。在模型中,钢筋的非均匀锈蚀行为以施加非均匀径向位移的方式模拟,骨料的力学行为假定为弹性,砂浆和界面过渡区的力学特性采用塑性损伤模型来描述。在此基础上进行了中部钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为的细观数值模拟;分析结果与已有文献中的试验结果吻合良好。另外,对比了均质模型和非均质模型中钢筋均匀锈蚀和非均匀锈蚀导致的保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式、钢筋锈胀压力及保护层开裂时钢筋锈蚀率的影响。     

混凝土结构锈裂形态试验研究及数值模拟

混凝土结构服役后期会出现保护层剥落的情况,混凝土保护层剥落与内部锈胀裂缝的分布情况密切相关。通过对不同尺寸与配筋情况的混凝土试块进行内部锈胀裂缝开展与分布研究,采用改进通电加速锈蚀方法加速试块劣化,通过切片观测锈蚀后试块内部锈胀裂缝形态,研究箍筋、保护层厚度、钢筋间距对内部锈胀裂缝开展的影响。研究结果表明：箍筋显著改变了内部锈胀裂缝开展与分布情况;混凝土保护层厚度较小或钢筋间距较大时,钢筋锈胀裂缝表现为单根锈胀开裂形式,反之则表现为钢筋之间的水平贯通裂缝。基于黏聚力单元建立了有限元分析模型,将钢筋锈胀变形作为位移加载依据,对试块锈裂过程进行数值分析,模拟结果与试验结果吻合较好。     

高强钢筋与超高性能混凝土黏结性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能,设计并制作69个试件,通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏,高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大;纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显;当纤维体积率从1%增长至3%,长径比从35增加到100时,黏结强度分别提高了23%和16%;但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响;黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加,随着黏结长度增大而降低,当保护层厚度超过4倍钢筋直径时,增幅基本不变;当黏结段位于加载端时,受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%,黏结段越靠近试件中部,加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果,确定临界锚固长度计算式,提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式,同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得,现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度,建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。     

碳化引起混凝土锈胀开裂前钢筋锈蚀量的研究

在分析碳化引起的钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀机理和已有钢筋锈蚀量预测模型的基础上。建立了全面考虑氧气浓度、温度、相对湿度、保护层厚度、钢筋直径和混凝土强度的多因素钢筋锈蚀量预测模型，且进行了实际工程的验证，可为混凝土结构耐久性评估、可靠性鉴定提供科学的依据。