CFRP筋与超高性能混凝土的粘结性能试验研究

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纤维增强聚合物(FRP)筋具有抗拉强度高、耐腐蚀、质量轻等特点,代替钢筋可以从根本上解决钢筋的锈蚀问题。超高性能混凝土(UHPC)具有优异的强度、韧性与耐久性,二者组合形成的新型结构具有更高的承载力、更低的自重、更好的抗侵蚀性能等优点,应用前景十分广阔。而FRP筋与UHPC共同工作的前提是两者之间有可靠的粘结与锚固,研究两者之间的粘结滑移性能对于理论分析与工程实践具有重要的意义。为此,本文分别采用标准拉拔试验与梁式试验研究了CFRP筋与UHPC之间的粘结性能,深入分析了各因素的影响规律,提出了考虑CFRP筋表面特点的极限粘结强度计算公式,建立了粘结滑移本构模型并给出了基本锚固长度计算方法,主要研究内容和结论如下:(1)通过拉拔试验与梁式试验研究了钢纤维体积分数、CFRP筋直径、粘结长度、保护层厚度等因素对于CFRP筋与UHPC之间粘结性能的影响,保护层厚度从10mm增加到20mm和30mm,极限粘结强度分别增加了53.9%和62%,建议CFRP筋在UHPC梁中的保护层取为20mm(即2倍CFRP筋直径)。分析了两种试验方式下的粘结破坏模式与机理,讨论了粘结滑移曲线各阶段的特点,比较了不同试验方式下CFRP筋与UHPC的粘结性能。(2)拉拔试验中CFRP筋发生抽芯破坏,残余粘结强度极低,梁式试件的破坏表现出一定的延性,残余粘结强度约为极限粘结强度的40%-60%。CFRP筋与UHPC粘结滑移曲线可以分为上升段、下降段与残余段三个阶段,残余段表现为以近似肋间距为周期的衰减正弦函数波动。对于12mm直径的螺纹CFRP筋,拉拔试验得到的极限粘结强度大约为梁式试验的1.44倍。(3)在比较分析国内外已有FRP筋与混凝土粘结滑移模型的基础上,提出了与试验数据较好吻合的粘结滑移本构模型,建立了极限粘结强度与基本锚固长度计算公式,给出了CFRP筋在UHPC中的基本锚固长度建议值。(4)对CFRP筋的锚固措施进行了初步探索,发现采用粘结式锚固方式,灌浆材料采用膨胀水泥砂浆可以取得较好的锚固效果。胶砂比为1.2时,10mm的CFRP筋发生拉断破坏。
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