端部锚固对温度作用下CFRP-混凝土界面黏结行为影响

为了明确端部锚固措施对碳纤维复合材料(CFRP)-混凝土界面黏结行为的影响,采用解析理论手段建立了温度作用下端锚CFRP-混凝土界面剥离全过程理论模型。结合常温界面黏结理论,引入双线性黏结-滑移本构,推导了界面滑移、界面剪应力以及CFRP正应力分布表达式,给出了界面荷载-滑移响应及界面剥离承载力模型,通过与试验和数值结果对比验证了解析模型的正确性,并在此基础上进行了参数化分析。分析结果表明:相比于纯外贴的CFRP-混凝土黏结界面,端部锚固可提高温度作用下的界面剥离承载力,能有效限制温度变化引起的黏结界面端部的界面滑移和剪应力,提高CFRP在温度作用下所承担的正应力,即提高CFRP的强度利用效率;对于端部锚固CFRP-混凝土黏结界面,在温度达到胶黏剂玻璃化温度前,温升会提高界面的承载性能,而温降会导致加载端界面提前剥离,降低加固界面的剥离承载力;CFRP黏结厚度和弹模的增加会使温度变化对界面黏结行为的影响更加显著。     

预应力钢-混凝土施加预应力时的滑移效应分析

报道了9个预应力钢--混凝土组合梁在负弯矩区混凝土受拉翼缘施加预应力的模拟试验结果,对此阶段预应力钢--混凝土组合梁的工作性能、钢-混凝土界面滑移规律及主要影响因素进行了较深入研究,建立了相应的界面滑移经验计算公式,并与有限元结果进行了比较.     

体外预应力钢-混组合梁长期滑移计算

针对现行规范中钢-混组合梁桥设计时界面滑移未计入混凝土收缩徐变效应的影响,在线性滑移和混凝土钢梁之间无掀起的假定下,推导综合考虑桥面板混凝土长期性能和施加预应力影响的体外预应力钢-混组合梁桥的滑移计算公式.通过对某一典型简支钢-混组合小箱梁黏结滑移的计算及结果比较,证明提出的方法及推导公式的正确性.参数研究结果表明,当考虑混凝土收缩徐变长期性能的影响时,钢-混组合梁的界面滑移会随着时间和预应力的增加而不断增加;简支组合梁的滑移量一般由中间向梁两端逐渐增大,在梁两端滑移量达到最大值.在预应力钢-混组合梁的设计中,除考虑预应力对组合梁变形有利的方面外,还应注意和控制预应力对组合梁界面滑移不利的影响.     

双层连续组合梁弹塑性状态的界面滑移

考虑了上层混凝土开裂及钢筋与混凝土之间滑移对梁变形的影响.根据剪力连接件的实际力学特性,采用简化后的线弹性弹簧来模拟钢筋 混凝土界面以及钢梁 混凝土界面的剪切滑移,并结合内力-变形关系推导出双层钢 混凝土组合梁的上下层界面滑移微分方程.在分析过程中偏保守地假设负弯矩截面上缘混凝土板抗拉刚度降为零.为验证该解析法的合理性,采用非线性较强的有限元软件Abaqus建立了空间模型,模型考虑了剪力连接件和材料的非线性.有限元计算结果表明,通过2种方法所得的界面滑移数值和趋势比较吻合,该解析法用于分析双层连续组合梁的滑移变形是可行的.     

钢-混凝土组合梁负弯矩区裂缝宽度数值计算模型

为得到较为准确的钢-混凝土组合梁负弯矩区裂缝宽度分析模式,综合考虑钢筋和混凝土间黏结应力-滑移关系、钢梁与混凝土界面的滑移效应、混凝土收缩应变以及拉伸硬化效应,基于黏结-滑移理论建立了静力荷载作用下组合梁负弯矩区裂缝宽度的数值计算模型,并将模型预测值与相关文献数据和规范公式计算结果进行了对比分析.结果表明:在组合梁达到屈服荷载前,模型计算值能够较好地模拟裂缝宽度的发展过程,不考虑钢梁与混凝土板之间界面滑移效应时得到的裂缝宽度比考虑界面滑移效应时增大10%左右;按照规范推荐公式得到的结果与试验值偏差较大,而采用数值模型所得结果与试验值吻合度较高,离散系数极小,进一步验证了模型的准确性和适用性.     

钢-混凝土组合梁的非线性性能分析

本文对9根钢—混凝土组合梁进行了竖向加载试验,测出了该组合梁的极限荷载、钢与混凝土界面的相对滑移分布以及荷载-挠度曲线,并由此提出了根据钢与混凝土应力-应变关系,考虑钢与混凝土界面相对滑移的组合梁非线性性能分析方法,进而求解了竖向集中荷载作用下组合梁的极限荷载、钢与混凝土界面的相对滑移分布以及荷载-挠度曲线等非线性参数,通过试验对比,表明本方法分析结果与试验吻合较好.     

预应力钢-混凝土组合梁非线性有限元解法

为了研究预应力钢-混凝土组合梁受力全过程的力学性能,编制了预应力组合梁非线性有限元程序,考虑了材料非线性及几何非线性,模拟了连接件传力机理,能较精确地预见和分析加载受力过程中预应力增量、界面相对滑移、组合梁极限承载力等受力性能,并进行了算例验证,结果表明,该有限元程序正确。     

钢-混凝土简支组合梁的非线性有限元分析

钢-混凝土组合梁能够充分发挥钢梁的抗拉强度和混凝土的抗压性能,是一种性能优越的组合结构。根据组合梁的特点,选取适合的单元类型及本构关系,探讨其网格划分和加载方式,建立了一套适用于组合梁的有限元建模方法。模拟已有试验,对比分析荷载-挠度曲线,两者计算结果吻合良好,验证了所建有限元模型是可靠的。然后利用有限元模型对组合梁的滑移特点进行了分析,得出了一些有益的结论:极限状态下,最大滑移并不在梁端,而在距梁端约200 mm的位置,说明这个部位分配的剪力最大,并且抗剪连接度越高,这种情况越明显;抗剪连接度较低时,组合梁混凝土强度等级对滑移影响不大,抗剪连接度较高时,相同荷载作用下,组合梁混凝土强度等级越高,界面产生的滑移越大。可以根据组合梁的这些特点,合理布置抗剪栓钉,减小界面滑移,提高组合梁的承载力。     

混凝土强度对组合梁动力性能的影响

目的 研究混凝土强度对组合梁动力性能的影响,为实际工程中组合梁的混凝土强度选择提供理论基础.方法 基于ABAQUS有限元模拟软件对钢-混凝土组合梁进行模拟,将模拟结果与试验结果对比,验证有限元模拟方法的可行性.改变混凝土强度,研究其对组合梁在低周反复荷载作用下的滞回性能、刚度退化、耗能能力、钢梁与混凝土板间滑移等动力性能的影响.结果 受向下荷载时,随着混凝土强度的增大,组合梁的抗弯承载力、截面刚度、耗能能力、滑移都随着增大;受向上荷载时,混凝土强度改变对组合梁动力性能影响较小.结论 混凝土强度提高,组合梁具有较好的动力性能,当达到一定强度后,继续增大混凝土强度对组合梁动力性能的影响逐渐减弱.实际工程中应选取适合的混凝土强度,这样既满足强度要求又经济.     

金属基及陶瓷基复合材料界面脱胶引起刚度下降的估算

根据扫描电子显微镜(SEM)及复型技术的断裂机理分析,复合材料纤维-基体脱胶是由于纤维的断裂导致了靠近断裂处的界面上产生很高的剪应力。当这个剪应力超过界面的剪切强度,断裂处附着的纤维将会与基体产生脱胶。本文依据上述断裂机理,提出了一金属基及陶瓷基复合材料界面脱胶引起刚度下降估算的数学模型。分析结果表明,这些复合材料的刚度降较聚合物基的刚度降小,但随纤维与基体扬氏弹性模量的比值而增加。     

基于能量法的冷弯U型钢与混凝土组合梁界面剪力分析

目的 采用一种新方法 建立冷弯u型钢与混凝土组合梁的界面剪力计算公式,研究冷弯u型钢与混凝土界面剪力分布规律.方法 分别计算混凝土板、剪力连接件、U型钢的应变能.利用变分原理建立冷弯U型钢与混凝土组合梁的界面剪力微分方程.结果 给出了对称集中荷载和均布荷载作用下的U型钢与混凝土组合界面剪力计算公式.计算结果 表明,组合梁的界面剪力随着连接刚度增加而增大,随着钢板厚度的增加而减小.结论 连接体刚度与钢板厚度是影响冷弯U型钢与混凝土组合梁界面剪力的重要因素,界面剪力理论计算公式适用性需要试验进一步验证.     

预应力CFRP板加固钢-混凝土组合梁受弯性能试验

为研究钢-混凝土组合梁经预应力碳纤维板加固后的受弯性能,设计4根预应力碳纤维板加固试件和1根不加固的对比试件. 5根试件均为工字形钢-混凝土组合简支梁,采用四点弯曲静力加载.锚固装置为自主研发的装配式预应力碳纤维板锚固系统,碳纤维板与钢梁之间的锚固主要依靠端部锚具,并辅之以专用环氧胶的黏结作用.试验中考虑碳纤维板的加固量和预应力水平两种因素对加固效果的影响.结果表明:加载全过程截面应变基本符合平截面假定;增大碳纤维板的加固量能提高钢-混凝土组合梁的抗弯极限承载力;增大碳纤维板的预应力有助于提高钢-混凝土组合梁的屈服承载力,对结构抗弯刚度贡献有限;破坏阶段碳纤维板有断裂和剥离两种形式,其强度利用率可达到80%以上.所采用的锚固系统锚固力大、可靠度高,工程实用价值大;预应力碳纤维板加固钢-混凝土组合梁,能有效提高结构的抗弯承载力,是一种补强效果很好的主动加固技术.     

新老混凝土组合梁界面黏结性能研究

为了解新老混凝土组合梁在预应力作用下的界面黏结性能,采用测量界面间应变的试验方法和有限单元法研究了箍筋间距和混凝土的开裂对界面间黏结性能的影响.结果表明,在预应力作用下,黏结面上下应变差值较小,界面间无明显滑移.在静载作用下,破坏模式为剪跨区局部发生黏结破坏之后受压区混凝土压碎,黏结面上下应变差值为5.06×10-4～9.19×10-4,界面间滑移较明显.箍筋间距从200 mm变化到100 mm后,界面滑移值由2.757 mm减小至1.518mm,增加了组合梁的整体性和刚度.有限单元法计算出的组合梁界面应力、应变及滑移,与试验值吻合良好.     

基于线弹性断裂力学的FRP-混凝土界面剥离分析

为了研究FRP加固混凝土梁的剥离问题,采用能量释放率法和J积分方法,建立分析FRP-混凝土界面损伤破坏的分析模型,并提出描述FRP-混凝土界面剥离过程的平衡路径算法.通过单向剪切试验、端部剥离试验、FRP加固梁试件3个实例验证,证明平衡路径算法及分析模型可以预测FRP-混凝土界面剥离.     

取代率和混凝土强度对组合梁受弯性能的影响

为了研究再生骨料取代率和再生混凝土强度对组合梁单调荷载作用下受弯性能的影响,基于有限元模拟软件ABAQUS对型钢-再生混凝土组合梁受弯性能进行了模拟研究.结果表明,随着再生混凝土强度等级的提高,组合梁的承载力提高,交接面滑移降低.随着再生骨料取代率的提高,组合梁的极限荷载呈下降趋势.取代率在50%以下时,随着取代率的增加,交接面滑移量降低.取代率提高到70%时,交接面滑移出现回升趋势.型钢-再生混凝土组合梁具有较好的受弯性能.     

钢-混凝土组合梁掀起力的理论计算

对均布荷载作用下简支钢-混凝土组合梁的界面交互作用进行了理论研究.利用弹性体变形理论,推导并建立了简支钢-混凝土组合梁关于界面竖向掀起作用的常系数线性微分方程.求解此微分方程可以得出组合梁掀起力沿梁长的分布表达式,在栓钉间距范围内积分即可以算出栓钉所受掀起力的大小,该方法计算值与试验结果吻合良好,从而为栓钉的抗掀起设计提供理论计算依据,具有深层的理论意义和实用价值.     

湿热环境下粘钢加固混凝土界面的粘结性能

钢板-混凝土界面粘结性能是粘贴钢板加固混凝土结构的关键。通过对湿热环境下27个钢板-混凝土试件进行试验研究,分别进行5、10、15 d的加速湿热老化,然后进行双剪试验,获得了钢板-混凝土界面发生剪切剥离破坏过程中的极限荷载、钢板应变分布及荷载-位移关系。分析了环境温度、湿度耦合作用对钢板-混凝土界面粘结耐久性能的影响,并综合考虑钢板-混凝土的粘结破坏模式、受力过程、粘结界面相对位移发展规律,提出了粘结界面剪应力、滑移与温度和湿度相关的表达式。建立了考虑温度、湿度影响的粘结-滑移本构关系模型,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

循环荷载作用下CFRP-混凝土界面粘结-滑移关系研究

循环荷载作用下CFRP-混凝土界面粘结-滑移关系是研究CFRP加固混凝土结构疲劳性能的重要基石.通过对18个双面剪切试件进行静载及疲劳试验,分析探讨了循环荷载作用下CFRP-混凝土界面破坏过程及粘结-滑移关系.结果表明,随着循环荷载次数及应力水平增大,界面粘结性能降低,CFRP片材也更早出现剥离现象,剥离长度和应力水平呈线性关系;端部滑移变化表现为两个阶段,快速增长阶段和稳定增长阶段;应力水平越高,对应的粘结-滑移曲线中最大剪应力就越大.     

钢-混凝土组合梁的固有频率及其振型

为准确分析考虑剪切滑移效应的钢-混凝土组合梁频率及其振型,根据经典动力学的基本思想和粘结滑移理论,提出了钢-混凝土组合梁考虑剪切滑移效应的位移函数,基于能量法推导了考虑剪切滑移效应的组合梁自由振动方程并得出固有频率及其振型,解决了考虑钢-混凝土组合梁交界面剪切滑移的难题。通过室内试验对试验梁的频率及其振型进行测试,并基于ANSYS对钢-混凝土组合梁进行了仿真模拟分析,将试验梁的测量值、ANSYS仿真模拟分析值与理论解进行对比,结果表明:考虑剪切滑移效应求解钢-混凝土组合梁频率和振型的解析解是正确的,在实际组合梁工程中考虑剪切滑移效应十分必要。     

端锚CFRP-混凝土界面剥离全过程解析模型

端部锚固是一种控制CFRP-混凝土黏结界面剥离和提高界面承载力的有效措施。为研究端部锚固下CFRP-混凝土黏结界面的剥离过程,引入指数型界面黏结-滑移本构,推导了黏结界面剥离全过程的解析模型,得到了黏结界面滑移、黏结应力、CFRP应变和应力分布表达式,上述解析模型得到了试验结果的良好验证。基于解析模型,给出了黏结界面的最大黏结力、有效黏结长度和剥离荷载的计算方法,并分析了不同黏结长度对界面剥离全过程受力行为的影响。分析表明:相比纯外贴黏结界面,端部锚固黏结界面的有效黏结长度有所增加,且剥离荷载随黏结长度的增加而降低,并趋近于纯外贴黏结界面的极限承载力;当黏结长度较长时,其剥离荷载与最大黏结力相差不大,此时端部锚固力很小;当黏结长度较短时,端部锚固会更早地参与承担荷载,其剥离荷载接近CFRP拉断荷载。