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FRP配筋混凝土结构研究进展及其应用

建筑结构学报 2021年第1期42卷 134-150页

作者：尹世平华云涛徐世烺中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

在恶劣服役环境下,钢筋锈蚀是目前混凝土结构面临的主要问题。纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,FRP)筋作为一种新型材料,由于其具有轻质高强和优异的耐腐蚀性等特点,适用于替代普通钢筋以有效提升混凝土结构的耐久性能。基于... 详细信息

在恶劣服役环境下,钢筋锈蚀是目前混凝土结构面临的主要问题。纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,FRP)筋作为一种新型材料,由于其具有轻质高强和优异的耐腐蚀性等特点,适用于替代普通钢筋以有效提升混凝土结构的耐久性能。基于近年来国内外已开展的相关研究工作,通过对FRP筋的基本力学和耐久性能、FRP筋与混凝土的界面黏结性能、FRP筋混凝土梁、柱、板等的受力性能研究及FRP筋在实际工程中应用的系统回顾与总结,认为FRP筋可以有效增强混凝土结构的性能,在工程建设中具有广泛应用前景,而对于构件的使用性能、耐久性能以及设计方法的研究方面还存在着不足,进而提出尚需深入研究的相关问题。

关键词：混凝土结构 FRP筋耐久性能界面黏结性能力学性能工程应用

纤维编织网增强水泥基材料加固砌体结构研究进展

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土木工程学报 2020年第6期53卷 79-89页

作者：荆磊尹世平徐世烺中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室江苏徐州221116 江苏建筑节能与建造技术协同创新中心江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 浙江大学浙江杭州310058

砌体结构在地震等自然灾害中具有较大的易损性,加固是提高其安全性的有效方法之一。纤维编织网增强水泥基材料(FRCM)具有优良的力学性能,作为加固材料具有对原结构自重增加较小、几乎不影响建筑物使用功能、施工便捷以及与砌体材料协同... 详细信息

砌体结构在地震等自然灾害中具有较大的易损性,加固是提高其安全性的有效方法之一。纤维编织网增强水泥基材料(FRCM)具有优良的力学性能,作为加固材料具有对原结构自重增加较小、几乎不影响建筑物使用功能、施工便捷以及与砌体材料协同受力性好等优点,且可以较好地应用于砌体古建筑的加固修复,在砌体结构加固领域具有广泛的应用前景。基于近年来国内外已开展的研究工作,主要从FRCM与砌体界面黏结性能、FRCM加固砌体构件/结构力学性能两个方面系统介绍相关的研究进展,并由此提出一些可以继续深入研究的问题。

关键词：纤维编织网增强水泥基材料砌体结构加固修复界面黏结性能力学性能

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超高韧性水泥基复合材料疲劳损伤模型试验

中国公路学报 2011年第6期24卷 1-8页

作者：徐世烺刘问大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024

为研究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的疲劳特性,对其进行了弯曲疲劳试验;在UHTCC弯曲疲劳试验的基础上,从连续损伤力学出发,基于弹塑性各向同性损伤模型,研究了该材料在等幅重复荷载下的弯曲疲劳累积损伤性能,并建立了关于D-S的疲劳... 详细信息

为研究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的疲劳特性,对其进行了弯曲疲劳试验;在UHTCC弯曲疲劳试验的基础上,从连续损伤力学出发,基于弹塑性各向同性损伤模型,研究了该材料在等幅重复荷载下的弯曲疲劳累积损伤性能,并建立了关于D-S的疲劳损伤模型。为准确描述该材料的损伤演变,模型中引用了起始损伤Ds的概念表示第Ⅰ变形阶段的损伤量;采用试件底面塑性应变εp作为变量计算损伤量D;根据试验曲线拟合得出损伤模型的各项参数。结果表明:UHTCC在不同应力水平S下的起始损伤量和累积损伤程度随应力水平的降低而变小,与实际情况相符;损伤模型的计算曲线与试验曲线吻合良好。

关键词：道路工程超高韧性水泥基复合材料弹塑性损伤力学起始损伤量累积损伤程度

后浇UHTCC加固既有混凝土复合梁的弯曲控裂性能

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中国公路学报 2011年第3期24卷 36-43页

作者：徐世烺王楠大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连市建筑科学研究设计院股份有限公司辽宁大连116021

对不同厚度的既有普通混凝土梁体受弯一侧浇筑超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)制成定截面复合梁,通过四点弯曲试验对2种材料结合后的整体工作性能,以及UHTCC层作为外浇层对表面裂缝的分散和限制能力进行试验研究。通过平截面假定法和平... 详细信息

对不同厚度的既有普通混凝土梁体受弯一侧浇筑超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)制成定截面复合梁,通过四点弯曲试验对2种材料结合后的整体工作性能,以及UHTCC层作为外浇层对表面裂缝的分散和限制能力进行试验研究。通过平截面假定法和平衡方程,采用受约束的混凝土受拉本构模型,推导计算了复合梁整体受力过程中不同阶段的极限承载力。结果表明:通过纤维的桥联和应力传递作用,UHTCC层能有效控制裂缝的生成和扩展,并将上层混凝土中出现的单条宽裂缝分散成多条细密裂缝;UHTCC层的加入提高了复合梁的承载能力,限制了混凝土裂缝的开展,增强了整体延性;受拉一侧UHTCC所占的比例越大,复合梁中点挠度越大,极限弯曲强度越高;混凝土强度等级越高,UHTCC层对复合梁前期强度影响越小,但后期整体韧性改善依旧显著;极限承载力计算值与实测值符合较好。

关键词：桥梁工程复合梁弯曲试验裂缝控制

Improved Mechanical Properties of Textile Reinforced Concrete Thin Plate

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2013年第1期28卷 92-98页

作者：尹世平徐世烺 LI Hedong Jiangsu Key Laboratory of Environmental Impact and Structural Safety in Engineering School of Mechanics & Civil Engineering China University of Mining and Technology State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering China University of Mining and Technology College of Civil Engineering and Architecture Zhejiang University

Textile reinforced concrete （TRC） is especially suitable for the thin-walled and light-weight structural elements with a high load-bearing capacity. For this thin element, the concrete cover thickness is an important factor in affecting the mechanical and anti-crack performance. Therefore, the influences of the surface treatment of the textile and mixing polypropylene fiber into the concrete on the properties of the components with different cover thickness were experimentally studied with four-point bending tests. The experimental results show that for the components with the same cover thickness, sticking sand on epoxy resin-impregnated textile and adding short fiber into the concrete are helpful to improve their mechanical performance. The 2-3 mm cover thickness is enough to meet the anchorage requirements of the reinforcement fiber and the component has good crack pattern and mechanical behavior at this condition. Comparison between the calculated and the experimental Values of flexural capacity reveals satisfactory agreement. Finally, based on the calculation model of the crack spacing of reinforced concrete structures, the crack extension of this thin-wall component was qualitatively analyzed and the same results with the experimental were obtained.

关键词： textile reinforced concrete thin plate cover thickness mechanical performance cracking mechanism

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)梁弯曲性能影响的几何参数分析

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工程力学 2010年第2期27卷 78-83+95页

作者：张秀芳徐世烺大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室

具有超高韧性新型随机PVA短纤维增强的水泥基复合材料(UHTCC)代替传统的具有准脆性应力软化特征的混凝土或纤维混凝土材料制作的钢筋(RUHTCC)受弯梁,可提高承载力,改善构件的延性,并具有良好的损伤演变能力,被认为是一种抗震性能较好的... 详细信息

具有超高韧性新型随机PVA短纤维增强的水泥基复合材料(UHTCC)代替传统的具有准脆性应力软化特征的混凝土或纤维混凝土材料制作的钢筋(RUHTCC)受弯梁,可提高承载力,改善构件的延性,并具有良好的损伤演变能力,被认为是一种抗震性能较好的新型构件形式。除了配筋率和UHTCC拉压材料性能外,截面几何尺寸是影响其弯曲性能的一个重要因素。基于受弯理论分析和试验验证,采用该理论公式对截面几何尺寸(截面高度、宽度以及面积)的影响规律进行了系列分析。结果发现:对承载力,梁高度比宽度影响明显,而对承载力提高幅度和变形而言,随梁高的增加而减小,梁宽没有影响;对裂缝控制来说,只要梁下边缘的极限拉应变小于UHTCC材料的极限拉应变,截面尺寸的变化几乎不影响裂缝宽度的大小。并进一步针对RUHTCC梁的受弯设计提出了一些设计建议。

关键词：钢筋增强超高韧性水泥基材料(RUHTCC) 钢筋混凝土梁弯曲性能截面尺寸裂缝宽度

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权函数法计算的混凝土断裂韧度

工程力学 2011年第4期28卷 58-62+81页

作者：张秀芳徐世烺大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室浙江大学建筑工程学院

在采用解析方法确定混凝土的双K断裂韧度时,粘聚断裂韧度计算的准确性直接影响起裂韧度断裂控制参数计算的准确性。根据权函数法,给出了基于CEB-FIP粘聚应力软化函数计算的粘聚断裂韧度的表达式。使用最大高度为1000mm的五组楔入劈拉紧... 详细信息

在采用解析方法确定混凝土的双K断裂韧度时,粘聚断裂韧度计算的准确性直接影响起裂韧度断裂控制参数计算的准确性。根据权函数法,给出了基于CEB-FIP粘聚应力软化函数计算的粘聚断裂韧度的表达式。使用最大高度为1000mm的五组楔入劈拉紧凑拉伸试件测量的最大荷载和临界裂缝嘴张开口位移,计算了混凝土的双K断裂韧度,并与积分解析计算公式进行了对比。结果表明,两种解析计算方法较为吻合,最大误差不超过2%。

关键词：混凝土双K断裂韧度权函数法楔入劈拉紧凑拉伸试件粘聚断裂韧度

超高韧性水泥基复合材料弯曲性能及韧性评价方法

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土木工程学报 2010年第3期43卷 32-39页

作者：李贺东徐世烺大连理工大学辽宁大连116024 浙江大学杭州310058

本文利用薄板试件和梁试件,采用三分点加载,对超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的受弯性能进行了试验研究,并在试验结果的基础上探讨了适于UHTCC弯曲韧性的评价方法。薄板四点弯曲试验表... 详细信息

本文利用薄板试件和梁试件,采用三分点加载,对超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的受弯性能进行了试验研究,并在试验结果的基础上探讨了适于UHTCC弯曲韧性的评价方法。薄板四点弯曲试验表明,UHTCC材料具有可与金属相比拟的弯曲变形能力。四点弯曲梁试验表明,UHTCC材料具有优异的裂缝无害化分散能力,在荷载达到峰值裂缝开始局部化扩展之前,裂缝在整个梁深几乎始终以扁平形式存在和扩展,宽度始终保持在几十个微米量级,不同梁深位置的变形协调通过裂缝条数的变化实现。梁试验表明,UHTCC具有非常高的耗能能力,到达峰值荷载时消耗的能量是对应钢纤维消耗能量的13倍,该材料试件在跨中挠度达到l/60时仍能够保持良好的完整性,是用于结构抗震的理想材料。在弯曲韧性的评价方法分析中发现,ASTMC1018方法中的韧性指数用于评价UHTCC可能会引起一定的误导,将限定计算挠度扩展后的JSCE-SF4方法能够很好地描述该材料的耗能能力,而本文定义的"变形硬化系数法"通过给出不同变形情况下的抗弯强度,不仅能够有效评价UHTCC的韧性特征,也能够很好地满足当前结构设计的需求,总之,经过改进后的JSCE-SF4方法结合"变形硬化系数法"能够从能量和强度两个方面全面地评价UHTCC的弯曲韧性。

关键词：超高韧性水泥基复合材料聚乙烯醇纤维四点弯曲试验弯曲韧性裂缝变形硬化

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超高韧性水泥基复合材料K&C模型参数确定

建筑结构学报 2022年第6期43卷 233-244,256页

作者：徐世烺吴平李庆华周飞李锐浙江大学高性能结构研究所浙江杭州310058

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)具有超高的延性、优异的能量吸收能力以及良好的耐久性,其在防护结构中有着广泛的应用前景。K&C模型被用于研究混凝土类准脆性材料在动态荷载作用下动力特性,但是该模型无法准确地描述UHTCC这种韧性水泥... 详细信息

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)具有超高的延性、优异的能量吸收能力以及良好的耐久性,其在防护结构中有着广泛的应用前景。K&C模型被用于研究混凝土类准脆性材料在动态荷载作用下动力特性,但是该模型无法准确地描述UHTCC这种韧性水泥基材料的各项动态力学特性。为得到适用于UHTCC的K&C模型参数,基于现有UHTCC材料单轴压缩/拉伸、霍普金森杆的压缩/劈裂和三轴压缩试验数据,校核K&C模型中的损伤参数、应变率效应参数以及强度面参数,并采用改进后的K&C模型参数模拟UHTCC靶体在接触爆炸荷载下的动态响应。模拟结果表明:采用改进后的K&C模型参数对爆炸荷载下UHTCC靶板迎爆面的开坑尺寸预测结果与相应文献中的试验结果基本一致,相差在6%以内。同时,改进的K&C模型参数相较于其他K&C模型参数可以更为准确地预测UHTCC靶板在爆炸荷载作用下的损伤分布和破坏形态。为了进一步验证改进的K&C模型参数的准确性,利用LS-DYNA软件预测了弹体高速冲击UHTCC靶体时弹体的侵彻深度和靶体的迎弹面开坑直径,发现模拟结果与文献中的试验结果较为吻合。

关键词：超高韧性水泥基复合材料改进K&C模型爆炸荷载冲击荷载