纤维聚合物筋混凝土的粘结机理及锚固长度的计算方法
纤维聚合物筋混凝土的粘结机理及锚固长度的计算方法
高丹盈1，B.Brahim2
(1.郑州工业大学；2.加拿大舍布茹克大学)
摘要：通过利用拉拔试验和梁式试验得到的纤维聚合物筋与混凝土粘结性能的试验结果，探讨了混凝土强度、锚固长度、纤维聚合物筋直径、混凝土浇筑深度对粘结性能的影响，比较了纤维聚合物筋混凝土与钢筋混凝土的粘结性能，分析了纤维聚合物筋与混凝土之间的应力传递机理。最后，提出了可用于指导设计的计算纤维聚合物筋锚固长度的公式。
关键词：纤维聚合物筋；混凝土；粘结强度；锚固长度
收稿日期：
基金项目：国家自然科学基金资助项目().
作者简介：高丹盈(1962-)，男，河南三门峡人，博士，郑州工业大学教授。
　　混凝土中的钢筋易于腐蚀，当混凝土结构处于高应力状态时则尤为严重。强腐蚀介质和高应力的共同作用，使钢筋很快生锈并引起钢筋的应力集中，最终导致钢筋混凝土结构的破坏。解决由钢筋腐蚀所引起的混凝土结构的耐久性问题的一个有效的方法是利用纤维聚合物筋(Fibre
Reinforced Polymer Rebar简称FRP Rebar)代替钢筋。纤维聚合物筋具有优良的防腐性能，而且具有比强度高、抗电磁性好等特点。由于影响纤维聚合物筋与混凝土粘结性能的因素的复杂性，到目前为止还没有发现有关纤维聚合物筋与混凝土粘结强度计算方法的研究报道，已提出的锚固长度的计算公式还需要进一步完善。因此，本文根据对纤维聚合物筋与混凝土粘结性能的试验结果的综合分析，探讨了破坏形式、混凝土强度、锚固长度、纤维聚合物筋直径、混凝土浇筑深度对粘结性能的影响，比较了纤维聚合物筋混凝土与钢筋混凝土的粘结性能，分析了纤维聚合物筋与混凝土之间的应力传递机理。最后，提出了可用于指导设计的计算纤维聚合物筋锚固长度的公式。
1 粘结试验方法及试件制作
　　粘结应力是在纤维聚合物筋与混凝土的界面上平行于纤维聚合物筋作用的剪切应力。由于粘结应力的作用，纤维聚合物筋的应力沿其长度而变化；反之，粘结应力与纤维聚合物筋应力变化的速度有关。因此，可通过检测纤维聚合物筋或钢筋的应力得到粘结应力。实际应用中多通过测量拔出荷载得到平均粘结强度，常用的粘结试验方法有拉拔试验、简支梁式试验和悬臂梁式试验，本文采用前两种方法。
1.1 拉拔试件及试验 除采用在150mm×300mm的混凝土圆柱体中心埋置纤维聚合物筋的简单拉拔试件，研究环境因素对粘结性能的影响以及比较拉拔试验与简支梁式试验的结果外，主要应用图1所示的拉拔试件研究纤维聚合物筋的直径、埋长，尤其是试件顶部筋效应对纤维聚合物筋混凝土粘结性能的影响。图1所示的直接拉拔试件是由尺寸为1200mm×760mm×400mm的混凝土墙和埋置在墙顶部、中部和底部的纤维聚合物筋组成，试件两端部76mm范围内的纤维聚合物筋用薄的套管与混凝土隔开。浇筑试件时使用了直径为12.7mm和19.1mm的玻璃纤维聚合物筋，分层浇筑并搅捣密实。共进行了18根试件的试验。试验时，由布置在纤维聚合物筋自由端的加载端位移计测量滑移，拉拔力的反作用力直接作用在混凝土试件的表面上，粘结应力为纤维聚合物筋单位表面上的剪应力，即：
τ=T/πdbld
式中：τ为粘结应力，MPa；T为拉拔力，N；db为纤维聚合物筋的直径，mm；ld为埋长，mm.
1.2 梁式试件及试验
为了更好的模拟纤维聚合物筋在梁端的粘结锚固状态，采用简支梁式试件，其尺寸见图2.梁试件分两半制作，其跨中的拉区为试验的纤维聚合物筋，压区用钢铰相连，力臂明确，以便根据试验荷载准确地计算纤维聚合物筋的拉力。纤维聚合物筋在加载端和支座端各有一段用塑料管与混凝土隔离形成的无粘结区，中间为纤维聚合物筋与混凝土的粘结段。共制作了64根梁式试件，使用直径分别为12.7mm、15.9mm、19.1mm和25.4mm的纤维聚合物筋和钢筋，其埋长分别为6、10和16倍相应的纤维聚合物筋、钢筋的直径。所有试件卧式浇筑、搅捣密实，3d后拆模并在空气中养护至试验。
图1 拉拔粘结试验
梁式粘结试验
　　试验时采用图2所示的四点弯曲加载。受拉筋的拉力按下式计算：
T=Pa/j=1.5(2P)
式中：P为图2所示的荷载，N；a为剪跨长度，mm；j为受压与受拉合力之间的距离，mm.
　　利用式(2)得到纤维聚合物筋的拉力后，粘结应力由式(1)计算。
　　在制作拉拔试件和梁式试件的同时，对每一试件制作了3个尺寸为100mm×200mm的圆柱体混凝土试块，与相应的试件同条件养护，以测定混凝土的抗压强度和弹性模量。
　　试验用混凝土平均抗压强度分别为31MPa和79MPa.试验用聚合物筋(GFRP)为Isorod和C-bar。Isorod
GFRP筋由加拿大Pultraul公司制造，它由纵向连续的E-玻璃纤维和热固性的聚合物树脂通过拉挤工艺和表面处理制成。根据纤维聚合物筋直径的大小，玻璃纤维的体积含量为73%到78%.得到的纤维聚合物筋的表面由玻璃纤维束螺旋缠绕，并用聚合物树脂包裹，形成类似变形钢筋的齿，以提高与混凝土的粘结性能。这种类型的玻璃纤维聚合物筋的表面还经常粘结一层具有一定大小和分布的砂砾进一步提高与混凝土的粘结性能，其平均抗拉强度和弹性模量分别为683MPa和42GPa.由美国Marshall
Industries Composites公司生产的E-玻璃纤维聚合物筋，简称C-bar，也是由拉挤工艺和表面处理制成，其E-玻璃纤维的体积含量为73%.生产的纤维聚合物筋看起来象环氧树脂覆盖的钢筋，与传统螺纹钢筋的外形一样。这种玻璃纤维聚合物筋的平均抗拉强度和弹性模量分别为690MPa和42GPa.
2 纤维聚合物筋混凝土粘结性能的影响因素
2.1 混凝土强度
根据试验测得的结果，同一混凝土抗压强度下粘结强度的平均值τu与其混凝土抗压强度平方根值的关系见图3.由图可见，适用于钢筋混凝土的τu与成线性关系的结论是否适用于纤维聚合物筋混凝土还难以定论，这主要可归结为纤维聚合物筋混凝土与钢筋混凝土抗拔机理、混凝土的作用等方面的差异。这也说明试验中使用的纤维聚合物筋的表面变形的强度和刚度有待改善、表面变形的几何形状需要进一步优化。
试件中纤维聚合物筋的埋长越大，受力后的粘结应力分布越不均匀，试件破坏时的平均粘结强度τu与实际最大粘结应力τumax的比值越小，故粘结强度随埋长的增加而降低。图4为作者通过梁式粘结试验得到的纤维聚合物筋混凝土的粘结强度与纤维聚合物筋埋长的关系。由图可见，纤维聚合物筋埋长对纤维聚合物筋混凝土的粘结强度有较大的影响。在直径不变的情况下，纤维聚合物筋混凝土的粘结强度随着埋长的减小而增大，这是粘结应力沿纤维聚合物筋呈非线形分布的结果。
粘结强度与混凝土抗压强度的关系
纤维聚合物筋与周围混凝土的粘结面积与截面周界长度成正比，而拉力与截面面积成正比，二者的比值(4/d,d为纤维聚合物筋直径)反映纤维聚合物筋的相对粘结面积。直径较大的纤维聚合物筋的相对粘结面积减小，不利于极限粘结强度的改善。图5为作者通过梁式粘结试验得到的纤维聚合物筋混凝土的粘结强度与纤维聚合物筋直径的关系，在埋长一定时，粘结强度随着纤维聚合物筋直径的增加而减小。一般地，埋长较大的纤维聚合物筋易发生受拉破坏；
粘结长度与埋长的关系
埋长较小时，破坏则由纤维聚合物筋的拔出或过量滑移控制。由于纤维聚合物筋的剪切刚度较小，纤维聚合物筋表面的粘结应力的发展受其直径的影响较大。对大直径的纤维聚合物筋，当其受拉拔出时，纤维聚合物筋横截面中心与边缘的变形有一定差异，这就导致了纤维聚合物筋横截面的正应力的非均匀分布，这种现象叫做剪切滞后。
粘结强度与直径的关系
2.4 混凝土浇筑深度
与钢筋混凝土类似，“顶部纤维聚合物筋效应”对纤维聚合物筋混凝土粘结性能的影响仍然存在。这种影响可能是由于水平浇筑时在纤维聚合物筋下方的水泥浆和空气气泡引起的。顶部纤维聚合物筋效应的影响由顶部筋修正系数表示，该修正系数定义为拉拔底部筋时达到的极限粘结强度和拉拔顶部筋时达到的极限粘结强度的比值。Chaallal
O.and Benmokrane B.[1]通过三组直径分别为12.7mm，15.9mm和19.1mm的纤维聚合物筋与混凝土的粘结性能试验，研究了顶部纤维聚合物筋效应。
研究中用的锚固长度是纤维聚合物筋直径的三倍，试验得到的修正系数的变化范围对普通强度混凝土来说是从1.08到1.38，对高强混凝土是从1.11到1.22.特殊的，如图6(a)所示，修正系数随着纤维聚合物筋直径的增大逐渐减小。在本文的试验中，直接拉伸试件是顶部、中部和底部放有纤维聚合物筋的混凝土墙式拉拔试件。从顶部到中部，中部到底部的距离分别为400mm.从中间到顶部修正系数的变化是1.09到1.4，从底部到顶部的变化是1.26到1.32，如图6(b)所示。
顶部筋的修正系数
3 纤维聚合物筋混凝土和钢筋混凝土粘结性能的比较
3.1 粘结强度和滑移
同钢筋混凝土一样，纤维聚合物筋与混凝土间的粘结力由粘着力、摩阻力和机械咬合力组成。因为纤维聚合物筋的表面螺纹、凸肋或横肋比钢筋的浅，所以纤维聚合物筋粘结力中的机械咬合力就比钢筋的小。一般地，在直径、埋长相同的条件下，纤维聚合物筋与混凝土的平均粘结强度大约是钢筋混凝土粘结强度值的0.73到0.90倍。
　　纤维聚合物筋与混凝土的粘结强度较低也由本文的简支梁试件的试验结果所证实，见表1.试验中，纤维聚合物筋的埋长为10d，其中d是纤维聚合物筋及钢筋的直径。从表1中显示的数据可以看出，当直径、滑移相同时，玻璃纤维聚合物筋混凝土的平均粘结强度比钢筋混凝土的平均粘结强度低，极限粘结强度约为钢筋混凝土极限粘结强度的55%到87%，其降低程度与纤维聚合物筋的直径有关。玻璃纤维聚合物筋混凝土在滑移为0.1mm和0.2mm时的粘结强度分别是其极限粘结强度的53%到79%和78%到89%.另外，玻璃纤维聚合物筋混凝土的粘结强度随着直径的增加而迅速地减小。
表1 梁试验得到的纤维聚合物筋(GFRP)、钢筋(steel)与混凝土的粘结强度
τu0.1/τumax
τu0.2/τumax
GFRP/steel
GFRP/steel
GFRP/steel
GFRP/steel
　　注：τu0.01,τu0.1,τu0.2和τumax分别是纤维聚合物筋(GFRP)、钢筋(steel)在滑移为0.01，0.1，0.2mm和破坏时的平均粘结强度，MPa.
　　作者对拔出试验和梁试验中得到的玻璃纤维聚合物筋与混凝土的粘结强度进行了对比。在这两种试验中，玻璃纤维聚合物筋混凝土试件的破坏都属于拔出破坏。在其中的有些试件中，纤维聚合物筋的表面变形在从混凝土中拔出时被剪坏，与钢筋混凝土的拔出试验和梁试验类似，纤维聚合物筋混凝土的粘结强度取决于纤维聚合物筋直径的大小；从拔出试验中得出的粘结强度取决于纤维聚合物筋直径的大小；从拔出试验中得出的粘结强度要比梁试验中得出的粘结强度高约5%至82%.这是因为，在拔出试验中，纤维聚合物筋周围的混凝土处于受压状态，减小了裂缝发生的可能性，因此提高了粘结强度。相反，梁试验中纤维聚合物筋周围的混凝土处于受拉状态，使得在较小的应力下就出现了裂缝，降低了粘结强度。尽管有箍筋的约束作用，一般认为从梁试验中得到的结论更符合实际，因为它更好地模拟了受弯构件的特性。
　　另外，在粘结破坏时，纤维聚合物筋与混凝土的相对滑移比钢筋与混凝土的相对滑移大得多。这是由于纤维聚合物筋的弹模比钢筋的弹模低，纤维聚合物筋埋入部分或全长的变形比钢筋的大。这意味着，对于纤维聚合物筋，应采用较长的锚固长度、较小的直径，或者采用弯钩等机械锚固措施，以提高粘结强度，减小粘结滑移。
3.2 拉应力和粘结应力的分布 作者测量了从15kN到100kN的4种荷载水平下玻璃纤维聚合物筋、钢筋的拉应力及其相应的粘结应力的分布(图7和图8).结果表明，沿玻璃纤维聚合物筋埋长的拉应力和粘结应力的分布与钢筋混凝土基本相同。一般地，拉应力从玻璃纤维聚合物筋的加荷端到自由端迅速减小。在荷载达到25kN(即玻璃纤维聚合物筋极限拔出荷载的13.2%和钢筋极限拔出荷载21.7%)以前，混凝土与纤维聚合物筋表面上的粘结应力沿埋长呈弹性分布，之后拉应力和粘结应力沿埋长呈非线性分布。
随着荷载的增加，拉应力的峰值逐渐向筋的自由端移动。随着粘结破坏的逐渐进行，相应的粘结应力极限值越来越靠近自由端。粘结破坏区理论上位于加荷端和粘结应力极限值之间。粘结应力在粘结破坏前依赖于化学粘着力和机械咬合力，粘结破坏后依赖于摩阻力。玻璃纤维聚合物筋和钢筋粘结应力的非线性分布结果表明，平均粘结强度(即拔出力除以埋长范围内的表面积)在给定的直径下随着埋长的增加而降低(图4).
玻璃纤维聚合物筋和钢筋的拉应力沿埋长的分布
玻璃纤维聚合物筋和钢筋的粘结应力沿埋长的分布
应力从纤维聚合物筋向混凝土传递的机理
　　从已有的国内外实验结果看，纤维聚合物筋与混凝土的粘结性能同钢筋和混凝土粘结性能相似，由以下几种因素组成：(1)纤维聚合物筋和混凝土间的化学粘结或胶结，主要取决于纤维聚合物筋的质量和混凝土的性能。(2)由于温度变化或水分吸收而引起的混凝土的收缩或纤维聚合物筋的膨胀而产生的握裹粘结。(3)阻止滑移的摩擦和机械咬合或纤维聚合物筋表面变形(如螺纹、凸肋、压痕等)对混凝土的挤压。(4)通过埋长、搭接、弯钩、横向钢筋的约束而产生的纤维聚合物筋的机械锚固。
粘结力的组成部分在不同的阶段有不同的影响。在拔出的初始阶段，化学粘结(胶着)起主要的抗拔作用，以后由摩阻和机械咬合代替。由于纤维聚合物筋和混凝土间的胶着力很小，因此摩阻和机械咬合成为应力传递的主要方式。事实上，为了充分描述沿纤维聚合物筋和混凝土界面上力的传递机理，需要考虑纤维聚合物筋材料的各向异性，因为它导致了纤维聚合物筋在纵向和横向上不同的力学和物理特性。各向异性表现在纤维聚合物筋的剪切和横向特性由树脂控制，而纵向特性由纤维控制。由于树脂的强度可能低于混凝土的抗压强度，从而导致了与钢筋不同的粘结性能，其破坏也可能是由于纤维聚合物筋表面变形或“横肋”的剪坏而不是混凝土的开裂引起的破坏。因此纵向和横向的应力和应变对粘结性能的影响很大。这些性能，很大程度上依赖于温度和环境条件的变化，是决定粘结强度和纤维聚合物筋早期破坏形式的重要因素。
　　根据Achiuides[6]得到的结果，从扫描电子显微镜图像上观察到只有当混凝土强度大于20MPa到30MPa时才发生界面破坏。对于低强度的混凝土，纤维聚合物筋横肋间的混凝土被压碎，粘结强度主要由混凝土强度控制。因此，为了清楚地了解纤维聚合物筋和混凝土的粘结机理，根据纤维聚合物筋的外形把光面同变形分开来考虑。
4.1 光面纤维聚合物筋
大量的试验结果表明，在光面纤维聚合物筋粘结力的组成中粘着力(第一阶段)和摩阻力(第二阶段)很明显，机械咬合力十分微小。特别当纤维聚合物筋相对于混凝土发生滑移后，粘着力消失，摩阻力成了拔出阻力的主要来源。此外，试验结果还表明，粘结强度的摩阻力基本上取决于树脂的质量。因此，树脂的不同光滑度影响着粘结，使光面纤维聚合物筋混凝土的粘结强度与混凝土强度的关系不大。影响拔出阻力的两个更深层次的因素是纤维聚合物筋内横向流体静力和由于周围混凝土硬化产生的流体静压或握裹力，其影响较大程度上依赖于试件本身的物理性能[7]。因此，粘结的摩擦部分取决于横向体积模量，它代表着连接流体静力和应变的一个重要参数，体积模量可以定义为以下参数中任意两个的函数：横向弹模向、横向剪切模量和横向泊松比[6]。
4.2 变形纤维聚合物筋
与光面纤维聚合物筋相比，除了粘着力和摩阻力之外，机械咬合力对变形纤维聚合物筋与混凝土的粘结起主导的作用。事实上，在拉拔试验过程中，变形纤维聚合物筋与混凝土的粘结主要由其表面变形(凸肋、压痕和螺纹等)与混凝土基体的相互作用支承。为了使表面变形的纤维聚合物筋从周围硬化的混凝土中拔出，在径向和纵向平面内的横向压缩和剪切变形必须有一定发展。这个平面内纤维聚合物筋纵向剪切横量是这种作用的主要构成参数。因此，变形纤维聚合物筋的粘结特性取决于机械咬合可能的作用方式，它受纤维聚合物筋几何形状(如肋高、肋宽、肋距和肋斜角等)、混凝土特性以及纤维聚合物筋力学性能的影响。
5 变形纤维聚合物筋的粘结强度
　　以前的钢筋混凝土的粘结试验已经证实，钢筋与混凝土的粘结强度是混凝土抗压强度和钢筋直径的函数，即
式中：τu是钢筋与混凝土的粘结强度，MPa；k是个常数；f′c是混凝土的圆柱体抗压强度，MPa；db是钢筋的名义直径，mm.
　　以ACI318-63规范为例，对于劈裂破坏，粘结强度按下式计算：τu=20/db.对拔出破坏τu=5.5MPa.
　　为了简化分析并与钢筋混凝土中已应用的理论保持一致，钢筋混凝土的粘结强度随/db线性变化的结论可以通过引起纤维聚合物筋表面修正系数应用到纤维聚合物筋混凝土的粘结强度计算中。即对于劈裂破坏有：
τu=20k1/db
对于拔出破坏
系数k1,k2将通过试验确定。
6 锚固长度及其影响系数
6.1 基本埋长的表达式
把纤维聚合物筋拔出混凝土所需要的力会随着纤维聚合物筋在混凝土中埋长的增加而增加。当埋长足够长时纤维聚合物筋会在被拔出混凝土前发生受拉破坏，否则，纤维聚合物筋被拔出混凝土时不会达到其极限强度。基本锚固长度定义为达到纤维聚合物筋的极限强度所需要的最小埋入长度。
　　如图9所示纤维聚合物筋的力的平衡条件，即：
τ(πdbdx)=Af(ff+dff)-Afff
τ=Af/πdb&dff/dx
式中：db和Af分别是纤维聚合物筋的直径和面积；ff是纤维聚合物筋的拉应力。
　　根据基本锚固长度的定义，用平均粘结应力的极限值即粘结强度τu，使式(5)中的dff/dx等于ffu/ldb。因此
ldb=Af/πdb&ffu/τu
将式(4)代入式(6)，得到
ldb=Af/πdb&ffu/k120/db=K1Afffu/
ldb=db/4&ffu/5.5k2=K2dbffu
式中：ldb是基本锚固长度；Af是纤维聚合物筋的截面面积，mm2；db是纤维聚合物筋的直径，mm；ffu是纤维聚合物筋的极限拉伸强度，MPa；f′c是混凝土的圆柱体抗压强度，MPa；K1和K2是反映纤维聚合物筋的类型和表面变形对粘结性能影响的系数，它们应根据不同的纤维聚合物筋与混凝土的粘结试验确定。根据本文及其他研究者的试验结果，K1可以按照纤维聚合物筋的类型取为0.022～0.026，或偏保守和安全地取为0.026，K2=0.015.因此，式(4)中的k1和k2分别是0.613～0.72和0.09.
6.2 顶部筋修正系数
试验已经表明浇筑位置对单调静力荷载下的粘结强度影响很大。在美国现行的ACI318-96和加拿大的CAN/CSA
A23.3规范中，对放置在距试模底部300mm以上的顶部浇筑筋的埋长，考虑顶部筋效应的方法是把钢筋的基本锚固长度分别乘以修正系数1.3或1.4.　　本文的纤维聚合物筋与混凝土的粘结试验结果表明，对于普通强度混凝土(f′c=31MPa)，修正系数是1.08～1.38；对于高强混凝土(f′c=79MPa)是1.11～1.22.试验结果同时表明顶部筋修正系数随着混凝土强度的增加而降低，随着纤维聚合物筋直径的减小而增大。Ehsani[2]对21组试件进行了试验，所有试件均为拔出破坏。试验得到的底部纤维聚合物筋粘结强度与顶部纤维聚合物筋粘结强度的比值从1.03到1.25变化。因此，在这种试验结果的基础上，本文建议采用系数1.30来反映顶部筋效应。
6.3 保护层修正系数
混凝土保护层厚度对纤维聚合物筋的粘结破坏类型有很大的影响。例如保护层厚度为一倍纤维聚合物筋直径时，会发生劈裂破坏；保护层厚度大于等于两倍纤维聚合物筋直径就可能会发生拔出破坏或纤维聚合物筋拉伸破坏[2]。为了考虑不同混凝土保护层厚度的作用，ACI318-96对于钢筋规定的修正系数为1.0、1.4、2.0.在Ehsani[2]进行的试验中，混凝土保护层厚度取两倍于纤维聚合物筋直径所测得的粘结强度与混凝土保护层厚度为一倍于纤维聚合物筋直径的粘结强度的比值范围是1.2到1.5，建议的修正系数是1.50.因此为了反映混凝土保护层厚度的影响，基本锚固长度ldb必须乘上保护层修正系数，当混凝土保护层厚度小于等于纤维聚合物筋的直径时取为1.5，当保护层厚度大于一倍纤维聚合物筋直径时取1.0.
6.4 锚固长度 锚固长度ld是基本锚固长度lab和考虑不同影响因素的一系列系数的乘积。因此，象ACI规范中计算钢筋的锚固长度一样，建议由方程(7a)计算得到的纤维聚合物筋的基本锚固长度ldb乘以顶部筋修正系数1.3和混凝土保护层厚度小于等于一倍直径时的修正系数1.5.这个值必须和式(7b)得到的结果比较，取其中的较大值。此外，考虑到纤维聚合物筋与混凝土的粘结强度较小，结合文献[3]的试验结果，建议最小锚固长度选择20db和381mm中的较大值。
　　根据对试验结果的分析得出以下结论：(1)在直径不变的情况下，纤维聚合物筋混凝土的粘结强度随着埋长的减小而增大；在埋长一定时，粘结强度随着纤维聚合物筋直径的增加而减小。(2)顶部纤维聚合物筋效应的影响由顶部筋修正系数表示，该修正系数在1.08到1.38之间变化。(3)纤维聚合物筋与混凝土的粘结强度同钢筋与混凝土的粘结强度相似，一般由化学粘着力、握裹力、摩阻力、机械咬合力以及机械锚固力几部分组成。对不同的纤维聚合物筋(如光面和变形的纤维聚合物筋)，各部分对粘结强度有不同的影响。(4)用拔出试验得到的纤维聚合物筋与混凝土的粘结强度是钢筋与混凝土粘结强度的0.73到0.90倍，用梁试件时则是0.55到0.87倍，其比值取决于纤维聚合物筋的类型和直径等。(5)对于不带弯钩的直筋，纤维聚合物筋锚固长度的计算是将式(7a)的计算结果乘以顶部筋修正系数1.30和当混凝土保护层厚度小于等于一倍纤维聚合物筋直径时取的系数1.5.这个值必须同式(7b)中的结果相比取其中的较大值。此外，考虑到纤维聚合物筋的粘结强度较小，建议最小锚固长度取20db和381mm中的较大值。
参 考 文 献：
[1] B Tighiouart,B
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[2] M R Ehsani,H.Saadatmanesh,S.Tao.Design recommendation for bond of
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[3] Chaallal O, Benmokrane B.Pullout and bond of glass-fiber rods
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[4] Daniali S.Development length for fiber-reinforced plastic bars[C]。1nd
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[5] J Larralde,R Silva-Rodriguez.Bond and slip of FRP rebars in
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[6] Cosenza E,Manfredi G,Realfonzo R.Bond characteristics and anchorage
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Materials in Bridge Structures,Montreal,Quebec,Canada,1996.
[7] Al-Zaharani M M, Nanni A,Al-Dulaijan S U, et al.Bond of FRP to
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International Conference on Advanced Composite Materials in Bridge
Structures,Montreal,Quebec,Canada,1996.君，已阅读到文档的结尾了呢~~
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学术论文：玄武岩纤维筋与混凝土粘结性能试验研究
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3秒自动关闭窗口纤维对筋材与自密实混凝土的粘结性能的影响--《大连理工大学》2010年硕士论文
纤维对筋材与自密实混凝土的粘结性能的影响
【摘要】：
混凝土结构中的钢筋易于锈蚀,当其应用于桥梁、路面等侵蚀性或暴露性环境时尤为严重。纤维增强聚合物筋(FRP)具有抗腐蚀、抗疲劳、强度高、重量轻、非电磁性等优点,用其替代混凝土结构中的钢筋,可作为有效的解决钢筋锈蚀的方法之一。FRP筋与混凝土之间良好的粘结性能是两者协同工作的基础,是FRP筋代替传统钢筋应用于混凝土结构的关键。
另一方面,在混凝土改性过程中应运而生的纤维混凝土,因其具有良好的抗渗性、耐磨性、抗冲击、抗疲劳和抗裂等性能而广泛应用于桥面、路面铺装等工程中。基于此,本文的研究目的是研究纤维在改善混凝土自身性能的同时对FRP筋与混凝土的粘结性能的影响。
本文主要工作包括以下内容：
(1).因为本文选用的混凝土基体是自密实混凝土,所以对新拌自密实混凝土的工作性能以及硬化后混凝土的力学性能进行了试验研究,对比掺加不同纤维对自密实混凝土工作性能和力学性能的影响。
(2).为系统研究纤维对于粘结性能的影响,应首先清楚纤维对钢筋与混凝土粘结性能的影响。本文通过中心拉拔试验,对不同纤维、不同钢筋直径、不同混凝土强度对钢筋与自密实混凝土粘结滑移性能的影响进行了研究。
(3).基于现有的应用于FRP筋与普通混凝土的粘结-滑移本构关系模型,分析和验证了GFRP筋与纤维混凝土的粘结-滑移试验曲线。在现有的本构关系模型基础上,提出FRP筋与纤维混凝土的粘结-滑移本构关系模型,同时得到修正后的粘结-滑移本构关系模型中的参数值。
研究结果表明：钢纤维、聚丙烯纤维的掺入对自密实混凝土的工作度有一定负面影响；聚丙烯长纤维对于钢筋与混凝土粘结性能的提高幅度大于钢纤维；纤维对GFRP与混凝土粘结性能的提高幅度大于钢筋；修正模型中的m值随着纤维掺量的增加而有增大的趋势。
【关键词】：
【学位授予单位】：大连理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2010【分类号】：U444;U414【目录】：
Abstract5-10
1 绪论10-37
1.1 引言10-11
1.2 纤维聚合物筋(FRP筋)的研究和应用现状11-16
1.2.1 FRP筋概述11
1.2.2 FRP筋特性11-13
1.2.3 FRP筋的适用领域13-14
1.2.4 FRP筋的应用现状14-16
1.3 纤维混凝土16-20
1.3.1 纤维混凝土的特性16-17
1.3.2 纤维增强机理17-20
1.4 钢纤维混凝土20-22
1.4.1 钢纤维20-21
1.4.2 钢纤维混凝土21-22
1.5 聚丙烯纤维混凝土22-25
1.5.1 聚丙烯纤维22-24
1.5.2 聚丙烯纤维混凝土24-25
1.6 混杂纤维混凝土25-26
1.6.1 混杂纤维混凝土的概述25
1.6.2 混杂纤维混凝土的研究现状25-26
1.7 FRP筋与混凝土粘结滑移研究现状26-30
1.7.1 粘结机理26
1.7.2 粘结强度及其影响因素26-30
1.8 粘结-滑移本构关系模型30-35
1.8.1 BEP模型30-31
1.8.2 改进的BEP模型31-33
1.8.3 Malvar模型33
1.8.4 CMR模型33-34
1.8.5 连续曲线模型34-35
1.8.6 国内张海霞、李杰等建立的模型35
1.9 本文的主要研究内容35-37
2 制备纤维自密实混凝土37-48
2.1 自密实混凝土的原材料选择37-42
2.2 新拌自密实混凝土的工作性能42-47
2.2.1 坍落流动度试验:42-44
2.2.2 J-Ring试验44-47
2.3 本章小节47-48
3 纤维对钢筋与混凝土粘结性能的影响48-65
3.1 粘结试验48-51
3.1.1 试验方法48-49
3.1.2 试件参数49-50
3.1.3 试验步骤50-51
3.2 试验结果51-54
3.2.1 粘结破坏形式51-53
3.2.2 试件破坏形式53-54
3.3 试验数据54-64
3.3.1 力学性能试验数据54-55
3.3.2 中心拉拔试验数据55-57
3.3.3 破坏形式机理分析57-58
3.3.4 纤维对粘结滑移性能的影响58-61
3.3.5 钢筋直径对粘结滑移性能的影响61-63
3.3.6 混凝土强度对粘结滑移性能的影响63-64
3.4 本章小节64-65
4.GFRP筋与混凝土粘结滑移性能的试验研究和模型拟合65-84
4.1 试验概况65-67
4.2 试验数据和曲线67-71
4.3 主要结论71-72
4.4 连续曲线模型拟合试验曲线72-75
4.5 国内张海霞、李杰等建立的模型拟合试验曲线75-79
4.6 考虑纤维影响的粘结滑移本构关系模型79-83
4.7 本章小节83-84
5 结论与展望84-86
5.1 结论84-85
5.2 展望85-86
参考文献86-90
攻读硕士学位期间发表学术论文情况90-91
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