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不同表面特性FRP筋与海水海砂混凝土粘结性能试验研究

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不同表面特性FRP筋与海水海砂混凝土粘结性能试验研究

作者：高嘉琪大连理工大学

学位级别：硕士

随着建筑业的高速发展,河砂等内陆资源的匮乏日益严重,对于临海地区特别是岛礁建筑的建设,运输环节会造成大量的经济成本,因此海水海砂混凝土逐渐成为国内外学者的一大研究热点。海水海砂混凝土中含有大量的氯离子等物质,会加快对普通... 详细信息

随着建筑业的高速发展,河砂等内陆资源的匮乏日益严重,对于临海地区特别是岛礁建筑的建设,运输环节会造成大量的经济成本,因此海水海砂混凝土逐渐成为国内外学者的一大研究热点。海水海砂混凝土中含有大量的氯离子等物质,会加快对普通钢筋的腐蚀,将其直接用于建筑中会大大降低耐久性,而FRP筋可以成为钢筋的有效替代,避免腐蚀。FRP筋有各种不同的表面特性,其可能会对粘结性能造成影响,而粘结性能作为组合结构的基础性能,是FRP筋与海水海砂混凝土能否协同工作的关键。在此背景下,本文通过128个FRP筋-海水海砂混凝土中心拉拔试验系统研究了FRP和海水海砂混凝土在多种试验因素下的粘结性能,主要内容和结论如下:(1)结合喷砂工艺、肋高低等不同的表面特性以及粘结长度、混凝土强度、保护层厚度、FRP筋直径等影响因素,并通过试验数据对粘结滑移曲线进行分析,最终得出试件的三种破坏模式:劈裂破坏;拔出破坏;介于二者之间的共同破坏模式。所对应的粘结滑移曲线也分为三种:仅有上升段;存在下降段和残余段的正弦型;存在保留少许正弦特性的下降段。(2)由试验结果,FRP筋的表面特性会很大程度上改变试件的粘结性能,也是决定试件破坏模式的主要因素。不同的肋间距、肋高等几何因素会改变FRP筋的粘结性能,滑移值主要受肋间距影响。喷砂工艺的加入,会加大FRP筋的化学胶合力提高初始粘结力,同时降低机械咬合力,也会使破坏界面由FRP筋-混凝土转向FRP筋-砂层以及砂层-混凝土的双界面破坏,且随着FRP筋直径增大,砂层逐渐变厚,砂层-混凝土的界面破坏逐渐占据主导,受混凝土强度的影响减弱,粘结滑移曲线中的正弦特性也逐渐丧失。(3)保护层厚度是改变试件破坏模式的主要原因,保护层会通过改变试件的破坏模式去影响粘结强度,然而在破坏模式不变的情况下只提高保护层厚度,对试件的粘结强度影响不大。在其他条件不变的情况下,增大粘结长度和FRP筋直径会降低试件的粘结强度;而增大混凝土强度会增大粘结强度,同时也会使FRP筋的性能发挥。(4)本文通过FRP筋直径、粘结长度、肋间距、混凝土强度以及保护层厚度几个影响因素对深肋FRP筋-海水海砂混凝土试件提出了相应的粘结滑移特征值经验公式。并参考相关学者的研究,采用合适的模型对粘结滑移曲线进行了预测,并对曲线下降段公式进行了修正,最终结果与试验值较为吻合,可以很好的描述FRP筋和海水海砂混凝土的粘结滑移关系。

关键词： FRP筋海水海砂混凝土表面特性粘结滑移曲线拉拔试验

侧向约束下不锈钢钢筋-海水海砂混凝土粘结性能试验研究

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侧向约束下不锈钢钢筋-海水海砂混凝土粘结性能试验研究

作者：陈港文大连理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国海洋和近海工程的大力开展、海洋资源的不断推进开发,以及各类材料和能源资源的日益短缺,海水海砂混凝土的研究越来越成为当下研究的热点问题,因其可以极大程度上减少运输与生产成本,提高资源的利用效率。然而,海水海砂... 详细信息

近年来,随着我国海洋和近海工程的大力开展、海洋资源的不断推进开发,以及各类材料和能源资源的日益短缺,海水海砂混凝土的研究越来越成为当下研究的热点问题,因其可以极大程度上减少运输与生产成本,提高资源的利用效率。然而,海水海砂作为混凝土制备的组分时,普通钢筋不可避免会发生严重的锈蚀问题,因此可以使用耐蚀性更好的不锈钢钢筋作为替代。然而目前国内外有关不锈钢钢筋与海水海砂混凝土之间的界面粘结研究不足,是否能够很好的保证正常结构的工作性能尚不明确。此外,采用CFRP或箍筋等侧向约束的方式,可以进一步改善已有钢筋混凝土构件的粘结性能,具有很显著的使用价值。在此背景下,本文设计制备了104个不锈钢钢筋-海水海砂混凝土试件,并设置了不同的约束方式和约束水平,通过中心拉拔的试验方式,来探究不锈钢钢筋与海水海砂混凝土间的界面粘结性能。主要研究内容和结论如下:(1)粘结滑移试验采取中心拉拔的方式,探究了外包CFRP和内嵌螺旋箍筋独立和组合约束下,改变混凝土种类和强度、钢筋种类和直径、混凝土相对保护层厚度、钢筋相对粘结长度、箍筋配箍率、CFRP布层数等控制因素,对界面粘结性能存在的影响。结果表明试件的破坏模式有劈裂破坏和拔出破坏两种类型,并且侧向约束水平越强,越趋向于拔出破坏。(2)根据拉拔试验结果,各控制因素对界面粘结强度的影响为:海水海砂混凝土比普通混凝土平均极限粘结强度要高,并表现出一定的脆性;混凝土强度越高,界面极限粘结强度也越高;不锈钢钢筋与普通钢筋相比,与混凝土具有相近共同工作的性能;钢筋直径越大,试件越可能发生混凝土保护层的劈裂破坏,约束下的界面极限粘结强度一般趋向于减小;钢筋相对粘结长度越大,界面极限粘结强度反而越低;混凝土相对保护层越厚,界面极限粘结强度越大;提高外包CFRP或内嵌螺旋箍筋侧向约束水平可以有效增加界面粘结强度,但存在提升的限度。(3)不锈钢钢筋与混凝土之间的粘结滑移曲线并无明显的残余阶段,随着加载过程中滑移值的增大,界面粘结强度依然在不断下降。据此本文提出的粘结滑移全曲线模型,经过验证与试验数据吻合较好,可以用来预测不同约束水平下界面粘结滑移关系。(4)根据弹性力学中厚壁圆筒模型内部应力应变的理论计算方法,分析了钢筋与混凝土之间的界面粘结机理,获取海水海砂混凝土与不锈钢钢筋界面粘结强度的解析解,最后结合试验验证,建立起外包CFRP布与内嵌箍筋两种不同约束对粘结强度贡献的相对等效关系。

关键词：不锈钢钢筋海水海砂混凝土粘结滑移曲线侧向约束

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考虑灌浆缺陷的钢筋套筒动态连接性能

考虑灌浆缺陷的钢筋套筒动态连接性能

作者：吴子东华南理工大学

学位级别：硕士

灌浆套筒连接技术在装配式建筑中有着至关重要的作用,整个施工过程中的灌浆工序需要高效、高质量的完成,可容错率较低。在施工过程中会由于种种原因导致灌浆套筒在灌浆过程中未能达到饱满状态,从而出现灌浆缺陷,对连接点造成直接的力学... 详细信息

灌浆套筒连接技术在装配式建筑中有着至关重要的作用,整个施工过程中的灌浆工序需要高效、高质量的完成,可容错率较低。在施工过程中会由于种种原因导致灌浆套筒在灌浆过程中未能达到饱满状态,从而出现灌浆缺陷,对连接点造成直接的力学性能影响。同时,使用装配式技术施工的钢筋混凝土柱容易受到爆炸、车辆碰撞等冲击荷载,由于荷载振幅大、荷载持续时间短,这与静力荷载有很大不同。由于套筒约束下的灌浆料在动态拉伸载荷作用下的材料动态特性相当复杂,目前对于钢筋套筒的动态连接性能的相关研究还比较欠缺。因此,本文以缺陷类型、缺陷尺寸、钢筋直径、加载速率作为参数,对36个灌浆套筒试件进行单向拉伸试验,通过试验得到各试件的破坏形态、连接承载力全过程变化曲线以及套筒和钢筋表面应变的发展情况。分析缺陷类型、缺陷尺寸、钢筋直径、加载速率等参数对灌浆套筒试件连接承载力和变形能力的具体影响,明确了不同缺陷和动态荷载对灌浆套筒粘结力的作用机理。探讨钢筋与灌浆料粘结强度的6个主要影响因素,分别为套筒环向约束力、灌浆料厚度、钢筋锚固长度、灌浆料抗压强度和加载速率,并推导出考虑以上因素的钢筋套筒粘结承载力公式。根据所推导公式得出满足规范要求的不同缺陷和应变率下的钢筋最小锚固长度计算式。分析试件的荷载-滑移曲线规律,根据曲线的滑移量及粘结强度结果,结合国内外规范中钢筋混凝土的粘结滑移本构,总结出不同应变率下钢筋套筒的粘结滑移本构模型,其粘结强度根据本文推导的粘结强度公式得出。利用ABAQUS软件建立灌浆套筒试件的有限元模型并根据试验结果进行修正。对试件进行模拟分析,结果表明:灌浆料应力分布主要集中在非缺陷锚固段,外端主要受到压应力,里端主要受到拉应力;套筒应力分布与灌浆料受拉损伤分布相似,套筒应力主要源于灌浆料的拉应力;中部缺陷试件端部缺陷试件相比,灌浆料最大应力提高约25%;高速加载下,模型承载力提高约9%,而灌浆料和套筒的最大应力分别提高了38.9%和31.2%,表明高应变率下灌浆料和套筒的应力增长更显著。

关键词：灌浆缺陷钢筋套筒连接件动态力学性能粘结滑移曲线

高强不锈钢筋与混凝土及UHPC的粘结性能试验研究

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高强不锈钢筋与混凝土及UHPC的粘结性能试验研究

作者：侯楠石家庄铁道大学

学位级别：硕士

钢筋的锈蚀一直是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要原因,将不锈钢筋应用到混凝土结构中可以有效防止钢筋锈蚀。研究双相体不锈钢筋与混凝土之间的粘结性能,并建立准确的本构模型,可以为双相体不锈钢筋混凝土结构设计提供重要的理论支撑... 详细信息

钢筋的锈蚀一直是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要原因,将不锈钢筋应用到混凝土结构中可以有效防止钢筋锈蚀。研究双相体不锈钢筋与混凝土之间的粘结性能,并建立准确的本构模型,可以为双相体不锈钢筋混凝土结构设计提供重要的理论支撑。因此进行不锈钢筋与混凝土粘结性能的相关研究具有重大意义。本文通过中心拉拔试验共23组试件,分析了影响不锈钢筋与混凝土粘结性能的因素,主要研究内容如下:(1)对11组普通混凝土中心拉拔试件进行中心拉拔试验,探究混凝土强度、钢筋类型、相对锚固长度、相对保护层厚度四种因素对二者粘结性能的影响。本次试验共发生钢筋拔出破坏、混凝土劈裂破坏两种破坏形式。对12组UHPC中心拉拔试件进行中心拉拔试验,探究箍筋配筋率、钢筋类型、相对锚固长度、相对保护层厚度四种因素对二者粘结性能的影响。本次试验共发生钢筋拔出破坏、混凝土劈裂破坏、钢筋拔断破坏三种破坏形式。(2)基于不锈钢筋与普通混凝土的中心拉拔试验结果,分析四种影响因素对钢筋混凝土粘结性能的影响因素,并对试验结果进行统计回归,得到带肋不锈钢筋与混凝土关于相对锚固长度、相对保护层厚度、混凝土强度的平均粘结应力的计算式。基于不锈钢与UHPC的中心拉拔试验结果,分析四种影响因素对钢筋混凝土粘结性能的影响因素,并对试验结果进行统计回归,得到UHPC与带肋不锈钢筋平均粘结应力关于相对锚固长度、相对保护层厚度、混凝土强度以及配箍率的计算式。通过锚固段各点的应变值,得到了钢筋锚固段的粘结应力分布。通过试验结果分析,结合试验数据,建立了UHPC与双相体不锈钢筋的粘结滑移本构模型。(3)基于规范中的钢筋混凝土粘结滑移本构模型,运用ABAQUS软件,批量建立非线性弹性连接器来模拟钢筋与混凝土之间的粘结滑移,得到的荷载位移曲线与试验结果进行对比,并对参数进行扩展分析。

关键词：高强不锈钢筋 UHPC 拉拔试验粘结滑移曲线有限元模拟

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灌浆缺陷对钢筋套筒动态连接性能的影响

华南地震 2023年第2期43卷 143-150页

作者：吴子东何岸叶嘉彬华南理工大学土木与交通学院广州510641 广州机施建设集团有限公司广州510700

为了研究灌浆缺陷对钢筋套筒动态连接性能的影响,对22个带缺陷的钢筋套筒试件进行拉伸试验,分析缺陷类型、缺陷尺寸、加载速率对钢筋套筒试件连接性能的影响规律。结果表明:钢筋套筒的连接承载力与缺陷尺寸呈负相关,其中中部缺陷影响最... 详细信息

为了研究灌浆缺陷对钢筋套筒动态连接性能的影响,对22个带缺陷的钢筋套筒试件进行拉伸试验,分析缺陷类型、缺陷尺寸、加载速率对钢筋套筒试件连接性能的影响规律。结果表明:钢筋套筒的连接承载力与缺陷尺寸呈负相关,其中中部缺陷影响最大,端部缺陷次之,厚度缺陷最小;试件的粘结强度与钢筋的锚固长度l呈负相关,锚固长度每减小0.5 d,粘结强度平均增大0.9 MPa。试件的粘结强度与加载速率呈正相关,高速率试件粘结强度平均增大8%;随着钢筋与灌浆料滑移量的增大,两者之间的粘结力先增后减,呈现有规律的变化。最后归纳总结出考虑缺陷类型和加载速率的钢筋套筒粘结强度公式以及试验相关的钢筋与灌浆料的粘结强度-滑移曲线。

关键词：灌浆缺陷钢筋套筒连接件动态力学性能粘结滑移曲线

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自密实混凝土与老混凝土的粘结-滑移性能

长安大学学报（自然科学版） 2010年第6期30卷 56-60,85页

作者：陈峰郑建岚福州大学环境与资源学院福建福州350108 福州大学土木工程学院福建福州350108

以自密实混凝土(SCC)为新混凝土材料,设计了推出式剪切试验装置,进行了新老混凝土粘结面的单剪试验,研究了不同强度的自密实混凝土与老混凝土的粘结滑移关系;加载后测得沿粘结长度上新混凝土在粘结面处局部的应变,再结合应变与粘结应力... 详细信息

以自密实混凝土(SCC)为新混凝土材料,设计了推出式剪切试验装置,进行了新老混凝土粘结面的单剪试验,研究了不同强度的自密实混凝土与老混凝土的粘结滑移关系;加载后测得沿粘结长度上新混凝土在粘结面处局部的应变,再结合应变与粘结应力的分布,可以得到新老混凝土局部的粘结滑移曲线。试验结果表明:粘结应力分布呈三段式曲线;在自由端处曲线斜率很小,而在加载端处应力与滑移都增长较快;通过回归分析,得到了局部粘结滑移的本构关系,可为工程设计提供参考。

关键词：结构工程自密实混凝土剪切粘结应力滑移粘结滑移曲线

无砟轨道自密实混凝土与门型钢筋粘结性能试验

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铁道勘测与设计 2023年第3期 11-15页

作者：张子龙中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063 铁路轨道安全服役湖北省重点实验室武汉430063

为了研究CRTS III型板式无砟轨道在服役期间门型钢筋与自密实混凝土之间的粘结性能,按照CRTS III型板式无砟轨道的施工材料和工艺制作门型钢筋-自密实混凝土复合试件。分别对试件进行拉拔静力和拉拔疲劳试验研究。通过静力试验得到了门... 详细信息

为了研究CRTS III型板式无砟轨道在服役期间门型钢筋与自密实混凝土之间的粘结性能,按照CRTS III型板式无砟轨道的施工材料和工艺制作门型钢筋-自密实混凝土复合试件。分别对试件进行拉拔静力和拉拔疲劳试验研究。通过静力试验得到了门型钢筋-自密实混凝土粘结滑移曲线,通过对疲劳试验数据进行拟合得到了门型钢筋-自密实混凝土拉拔疲劳S-N曲线。试验结果表明:门型钢筋-自密实混凝土在静力拉拔试验下的极限特征强度为20.2MPa,极限特征滑移值为1.463mm。

关键词：粘结性能拉拔试验粘结滑移曲线 S-N曲线

方钢管卵石机制砂再生粗骨料混凝土粘结滑移本构

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建筑科学 2021年第11期37卷 94-104页

作者：管民生王梦森曾庆立刘紫洋杜宏彪深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060 深圳大学滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室广东深圳518060 深圳市力鹏工程结构技术有限公司广东深圳518000

本文经过方钢管卵石机制砂再生粗骨料混凝土粘结性能试验,提出了3个特征强度值(τs、τu、τr)和3个特征滑移值(Ssu、Su、Sr)的粘结应力-滑移曲线,并据试验结果统计回归得到了这6个特征值与各影响因素间的数学关系式,与试验结果详细对... 详细信息

本文经过方钢管卵石机制砂再生粗骨料混凝土粘结性能试验,提出了3个特征强度值(τs、τu、τr)和3个特征滑移值(Ssu、Su、Sr)的粘结应力-滑移曲线,并据试验结果统计回归得到了这6个特征值与各影响因素间的数学关系式,与试验结果详细对比并分析,得出本文提出的四段非线性粘结滑移本构模型合理可行。在此基础上,通过对拟合方程的分析,得到粘结强度随核心混凝土强度升高而升高、随宽厚比增加而降低、随石粉含量增加先小幅增加再大幅降低的关系,用于指导设计和仿真模拟分析。

关键词：方钢管卵石机制砂再生骨料混凝土粘结滑移曲线回归分析粘结滑移本构模型

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钢筋混凝土粘滑移本构关系的简化模型

工程力学 1997年第A2期14卷 34-38页

作者：徐有邻中国建筑科学研究院

本文通过试验探讨了钢筋－混凝土粘结应力与滑移的关系，得出了粘结滑移的位置函数，并提出了粘结滑移本构关系的简化模型。本文可作为钢筋混凝土有限元分析的依据。

关键词：粘结滑移曲线位置函数本构关系钢筋混凝土