表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面粘结应力模型的试验与理论研究

为研究寒冷地区饱和砂岩的冻融损伤机理,采用DMA450伺服压机,在静载100N、动载80N、波动频率5～200Hz、温度-40～40℃的条件下,进行了饱和砂岩在不同频率正弦波单轴载荷作用下杨氏模量随温度变化的实验研究,获得滞(粘)弹性的弛豫衰减,以及有衰减引起的砂岩样品微结构变化情况。结果表明：饱和砂岩的杨氏模量和弹性波速度随温度升高而降低,随频率提高而增大; -40～20℃温度范围是冻融损伤最严重的区域。同时,在三种低频条件下(1.6Hz、2.8Hz和5.0Hz)用共振法在0℃获得相变衰减峰,反映了饱和砂岩的冻胀融缩效应,其产生的应力导致了饱和砂岩的损伤。从机理来看,前者是微观缺陷的演变,长期积累会导致破坏;后者是一种物理风化作用造成的宏观损伤。本文结果可为研究寒冷地区饱和岩石冻融损伤的机理及规律提供一定的参考。     

冻融循环作用下不同埋深的嵌贴CFRP-混凝土界面粘结性能的试验研究

通过18个表层嵌贴CFRP-混凝土拔出试件的试验,考察了不同冻融循环次数下有着不同CFRP埋深的试件的粘结承载力、破坏模式以及CFRP的应变分布等,分析了不同冻融循环次数下嵌贴CFRP-混凝土界面的粘结行为;以及在冻融循环作用下,不同CFRP板条埋深对嵌贴CFRP粘结性能的影响。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件的破坏模式由CFRP板的拉断破坏转变为试件粘结界面的破坏,试件的粘结承载力呈下降趋势,冻融侵蚀对CFRP-混凝土界面粘结性能产生了明显的劣化作用;在室温环境下,CFRP埋置深度对CFRP-混凝土界面粘结性能影响不明显;在冻融循环作用下,CFRP板条埋置深度为10mm时,其CFRP-混凝土界面粘结性能受冻融循环侵蚀的劣化作用较其他试件更明显。     

CFRP-混凝土界面粘结的疲劳性能试验研究

外贴FRP是重要的混凝土结构加固技术,但目前对外贴FRP加固混凝土结构的疲劳性能研究尚不充分,尤其对FRP-混凝土粘结界面的疲劳退化规律和破坏模式的研究更为缺乏。本文采用双面剪切试件,通过2个静载试件和4个疲劳试件的试验研究,考察了粘结长度和胶层厚度等因素对FRP-混凝土界面粘结疲劳性能的影响。通过分析沿粘结长度的FRP应变分布在疲劳循环过程中和疲劳后静载过程中的变化情况,讨论了不同粘结长度和粘结胶层厚度条件下的粘结界面疲劳退化规律和疲劳后静载性能。试验结果表明:胶层树脂-混凝土粘结界面是发生疲劳剥离破坏的薄弱环节;胶层厚度增大时,由于疲劳引起的界面损伤累积发展显著减小,疲劳后静载中胶层厚度较大试件的粘结承载力也更大;粘结长度增大时,界面粘结呈现更为明显的损伤退化,但由于试验粘结长度小于有效粘结长度,疲劳后的静粘结承载力仍更大。     

FRP-混凝土界面粘结行为的参数影响研究

FRP-混凝土界面的粘结性能对FRP加固混凝土结构力学行为和破坏模式有着重要影响。本文对表征FRP-混凝土界面粘结性能的三个重要参数(界面初始刚度、最大剪应力、界面破坏能)开展研究,通过13个单剪试件的试验考察了混凝土强度、胶层厚度和粘结长度等因素对界面粘结行为的影响,根据试验结果拟合了界面破坏能、最大剪切应力与胶层剪切刚度、混凝土强度之间的函数关系。在试验研究基础上,构建了外贴FRP-混凝土界面粘结的有限元模型。通过有限元分析考察了界面破坏能等三个参数不变的前提下,不同的局部粘结滑移本构关系对界面粘结行为的影响;进而研究了其中一个参数变化时引起的界面粘结性能改变。研究结果表明:界面粘结承载力随着胶层厚度增加而逐渐提高;胶层厚度与界面破坏能成正比,与峰值剪应力成反比;当界面破坏能等三个参数保持不变时,局部粘结滑移本构关系对FRP-混凝土界面粘结性能的影响较小;三个参数中的一个增大时将延缓界面破坏的过程。     

型钢-混凝土结构界面的损伤监测试验研究

型钢-混凝土结构连接界面的损伤监测具有重要实际意义。本文提出一种基于压电智能材料的型钢-混凝土结构界面损伤主动传感监测方法。在型钢上翼缘下表面连接件附近粘贴6套锆钛酸铅(Lead Zirconate Titanate, PZT)压电陶瓷片作为发射应力波的驱动器,并在翼缘板内对应位置处布设7个智能骨料传感器以采集经由损伤界面传来的响应信号。通过依次松动型钢-混凝土结构试件中对称布置的四颗螺栓,模拟连接界面的损伤状况,再对上述损伤状况下响应信号进行时域、频域以及小波包能量的对比分析。由试验结果分析可知,时域信号幅值、频域信号幅值以及小波包能量幅值都随着损伤状况的加剧出现了明显的降低,这主要是由于螺栓松动导致型钢与混凝土实际接触面积的减小,阻挡了应力波的传播。试验结果表明基于压电陶瓷的主动传感监测方法能够有效地监测和评价型钢-混凝土结构界面的损伤状况。     

长期荷载作用下CFST界面粘结损伤试验研究

为考察在役钢管混凝土界面粘结性能与荷载作用时间的关系,以荷载作用时间段为基本参数,完成了7根圆钢管混凝土试件的推出试验.试验结果表明,钢管混凝土界面粘结力随荷载作用时间的延长而减小.根据试验结果,得出各个试件的荷载—滑移曲线.基于ANSI/ACI308-1992混凝土养护规程,得出每个试件在荷载作用下的混凝土徐变应变.从损伤力学的角度出发,定义界面损伤变量,推导了混凝土徐变应变与损伤的关系.通过回归得出含损伤变量的界面粘结—滑移本构关系.     

钢筋与混凝土粘结试验及有限元模拟

建立了一种按接触条件模拟钢筋与混凝土之间相互作用的模型。通过试验确定钢筋与混凝土的一些基本力学参数:粘结刚度、摩擦系数、抗剪强度、径向挤压力和软化系数;进而通过有限元模拟分析了试件的拔出过程:弹性阶段、局部开裂阶段、内部拥塞阶段以及完全脱粘阶段。计算结果与试验结果符合较好,验证了本文计算模型的合理性,解决了传统连续体理论所无法解释的现象。     

纤维段裂试验的界面端应力奇异性研究

纤维段裂试验是测定纤维复合材料界面剪切强度的细观实验方法之一，其试验结果与其他三种细观试验方法(纤维拔出、纤维压人和微珠脱粘)测得的结果各不相符，相差较大。针对该问题，仔细研究了纤维段裂试验过程，可发现如下两个问题，首先是试件中纤维断裂造成的界面端应力奇异性问题；其次是纤维断成临界长度时界面是否脱粘的问题。针对界面端应力奇异性问题，本文建立了界面端轴对称分析模型，运用渐近展开法，推导出求解界面端特征值的特征方程，并由此得到应力奇异性指数随Dundurs常数的变化规律；采用文献[5]所用试件的纤维／基体性能数据，计算出了界面端的应力奇异性指数，并与文献[7]得到的其他三种试验的界面端应力奇异性指数进行比较，发现纤维段裂试件也存在界面端应力奇异性，而且应力奇异性最强，也说明了与其他三种试验结果不具可比性。本文还对纤维断成临界长度时界面是否脱粘的问题，进行了讨论。     

混凝土微观界面纳米划痕试验表征研究

鉴于混凝土微观结构对宏观性能的重要影响,利用纳米划痕试验方法,对常规水灰比配比的混凝土样品骨料-水泥浆体微观界面及界面过渡区进行了表征研究．基于纳米划痕试验方法和扫描电镜显微技术,对于样品微观情况下的骨料-水泥浆体界面进行了表征分析,并对表征结果经过多个高斯分布拟合的统计学分析方法得到基于界面位置的结构划痕硬度分布情况．通过划痕硬度与骨料-浆体界面的距离变化,定义了骨料和水泥浆体之间的界面过渡区,并得到界面过渡区厚度约为40μm,界面过渡区划痕硬度约为水泥浆料硬度的75％左右．通过比较划痕断裂韧性与宏观试验结果,证明利用纳米划痕试验可以初步分析材料断裂韧性．本研究为更好地研究混凝土微观性能对宏观力学性能的影响提供了可靠的数据支持,也为评价混凝土微观界面力学性能提供了一种新的可行方法．     

基于能量守恒理论的带肋钢筋-混凝土粘结滑移本构关系研究

针对钢筋-混凝土粘结滑移的劈裂破坏模式,将整个破坏过程分为未开裂的弹性阶段和带裂缝阶段。弹性阶段采用弹性厚壁圆筒模型,带裂缝阶段采用考虑混凝土软化特性的厚壁圆筒模型。基于这两种模型,研究了粘结滑移劈裂破坏过程的能量变化规律,推导出了两种模型的能量计算公式。利用能量守恒定律建立了钢筋-混凝土粘结滑移本构关系的微分方程,并通过数值积分方法得到了粘结滑移本构模型。该本构模型能够体现混凝土与钢筋材料参数和几何参数的影响,对不同形状的粘结滑移关系曲线具有较好的适应性。最后,将得到的本构关系与文献的试验结果进行对比,并分析了各参数的变化规律。     

双材料板条的界面应力问题——温度沿板厚呈线性分布的情况

本文给出双材料板条结构的Ｓｕｈｉｒ界面应力微分方程一般解，进而求解了温度沿板呈线性分时因异材料失配引起的界面剪应力和剥离应力。此解包含了均匀升温情况下的Ｓｕｈｉｒ解。     

双材料板条的界面应力问题─温度沿板厚呈线性分布的情况

本文给出双材料板条结构的Ｓｕｈｉｒ界面应力微分方程一般解，进而求解了温度沿板厚呈线性分布时因异材失配引起的界面剪应力和剥离应力，此解包含了均匀升温情况下的Ｓｕｈｉｒ解。     

界面对应力波作用的动光弹试验研究

用动光弹法分析研究了在冲击载荷作用下界面上应力波的传播过程,利用应力波理论分析了界面上应力波的作用机理,证实了界面上存在着能量累积和阻滞能量传递的作用,并结合弹性波动理论和应力 光学定律导出了波动方程与条纹级数之间的关系式。     

沙漠砂混凝土力学性能及应力-应变本构关系试验研究

为了研究沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土力学性能的影响,试验设计了132个试块,其中66个标准立方体试件和66个标准棱柱体试件;通过立方体抗压强度试验、劈裂拉伸强度试验、轴心抗压强度试验、弹性模量试验,研究了沙漠砂替代率从0%～100%变化时沙漠砂混凝土的基本力学性能,并提出了沙漠砂混凝土应力-应变本构方程和损伤本构方程。研究结果表明:随沙漠砂替代率的增加,沙漠砂混凝土立方体抗压强度、劈裂拉伸强度、轴心抗压强度均呈现先减小后增加再降低的趋势;弹性模量、能量耗散能力、延性性能呈现先增加后减小的趋势;其应力-应变全过程曲线的形状与普通混凝土相似,都经历了弹性、弹塑性、屈服破坏的3阶段;应力-应变本构方程和损伤本构方程的计算结果均与试验结果吻合较好。     

线夹杂的力学模型及其界面应力分析

采用材料力学的直杆和梁的变形假定，对平面线夹杂问题提出了一种能同时考虑夹杂两侧法向应力和剪应力间断的新的力学模型，然后通过集中力作用的Ｋｅｌｖｉｎ解答，求得了单夹杂问题的基本解。文中还导出了夹杂两侧的界面应力公式。最后对夹杂端点的应力强度因子及界面应力作了计算，结果令人满意     

界面上应力波传播规律的动态光弹性试验研究

采用动态光弹性方法,对应力波在杆-杆和板-板双材料连接界面上的反射和透射传播规律展开研究．通过对双材料粘接模型施加冲击载荷作用,采集和分析等差线条纹,计算出最大剪应力值．对于两种试验模型应力波在界面上都以透射为主,对应力波的阻隔作用不明显,这与接触式界面对应力波有较强的阻隔作用有较大区别,在应用界面减弱应力波的作用时应注意区分．试验结果与理论计算结果基本保持一致,并由此证明采用动态光弹性法研究应力波在界面上传播规律的可行性．     

高温后钢筋与混凝土粘结性能试验与损伤机理分析

钢筋与混凝土的高温粘结性能是研究钢筋混凝土结构抗火性能的基础,通过制作15个立方体混凝土试块和11个中心拉拔粘结锚固试件,分别进行200~800℃高温后抗压试验和拔出试验,研究了经历不同温度后混凝土抗压强度和与钢筋粘结性能的变异情况。对历年来高温后混凝土粘结试验数据进行了统计分析,并通过有限元拟合对试验温度场进行了修正,总结了高温后钢筋与混凝土粘结性能的退化规律和影响因素,同时比对了高温后粘结强度与混凝土抗压强度、弹性模量和抗拉强度的相关性。基于现有高温后混凝土材料微观试验结果,从微观结构层面解释了宏观粘结性能变化规律,并分析了高温后粘结性能微观损伤机理。结果表明:高温后钢筋与混凝土的粘结强度随着温度升高呈现下降的趋势,且与高温后混凝土抗拉强度衰减规律相近。同时,高温后混凝土残余粘结强度与混凝土高温微观结构密切相关,与水泥凝胶体HCP孔隙率之间具有良好的相关性。     

含裂纹与缺陷的板条加筋结构的应力强度因子

本文研究两类不同介质、不同厚度、等宽度无限长的板条,其中一类板条含一条水平中心裂纹,另一类板条含一个中心椭圆孔,周期间隔地用筋条连接的结构在单向拉伸下裂纹尖端的应力强度因子计算问题。采用复势的罗朗展开、Fourier变换以及摄动方法,最后以幂级数形式给出裂纹尖端的应力强度因子计算公式。对一些实例给出数值计算图表,这些结果扩充了“应力强度因子手册”的工作。     

钢纤维混凝土在单调轴向受压荷载下应力-应变全曲线的试验研究

钢纤维混凝土是一种弹塑性性能良好的新型建筑材料,为了发挥其优势,使其在实际工程中得以推广应用,钢纤维混凝土的应力-应变全曲线是急待解决的课题。本试验正是试图研究和解决这个关键而基本的问题。一、试件制作本试验的试件划分为G1和G2两个系列,...     

岩体水力劈裂的应力-渗流-损伤耦合模型研究

利用无单元法追踪裂纹扩展的优势研究模拟岩体水力劈裂的数值分析模型。定义损伤变量以描述岩体的损伤程度对岩体渗透性和强度的影响,建立了岩体水力劈裂的应力-渗流-损伤耦合分析模型,并编制了基于无单元法的计算程序。综合考虑应力、渗流及损伤之间的相互作用影响,分析了具有初始裂纹的岩体平面应力模型的裂纹扩展过程,指出考虑渗流作用时的裂纹扩展角大于不考虑渗流作用时的裂纹扩展角。同时,裂纹内水压力和渗流的作用对于裂纹的扩展方向和扩展长度具有较大的影响。