玄武岩纤维增强聚合物筋混凝土循环拉拔试验及预测模型

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.008

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (4): 47-53.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.008

玄武岩纤维增强聚合物筋混凝土循环拉拔试验及预测模型

柴松华¹, 杜红秀², 吴凯², 黄锐³(), 周驰词³()

^1.运城职业技术大学建筑工程学院，山西运城 044000
^2.太原理工大学土木工程学院，太原 030024
^3.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，成都，610041

收稿日期:2023-09-01 出版日期:2024-04-26 发布日期:2024-04-22
通讯作者: 黄锐（1985-），男，高级工程师，从事新型混凝土材料研究，huangrui01@schdri.com
周驰词（1990-），男，工程师，从事混凝土及岩土材料研究，675375098@qq.com
E-mail:huangrui01@schdri.com;675375098@qq.com
基金资助:
国际（地区）合作与交流项目(41761144080);四川省科技厅重点研发项目(2020YFS0361)

Bond⁃slip behavior and model prediction of fiber⁃reinforced polymer⁃reinforced concrete

CHAI Songhua¹, DU Hongxiu², WU Kai², HUANG Rui³(), ZHOU Chici³()

^1.School of Architecture and Engineering，Yuncheng Vocational and Technical University，Yuncheng 044000，China
^2.School of Civil Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China
^3.Sichuan Highway Planning，Survey，Design and Research Institute Ltd，Chengdu 610041，China

Received:2023-09-01 Online:2024-04-26 Published:2024-04-22
Contact: HUANG Rui, ZHOU Chici E-mail:huangrui01@schdri.com;675375098@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

为探究动荷载下玄武岩纤维增强聚合物（BFRP）筋与混凝土的黏结行为，开展了BFRP筋混凝土正反向循环拉拔试验，对其黏结动力性能进行分析。结果表明，从黏结应力⁃滑移关系曲线揭示，循环荷载下BFRP筋与混凝土黏结行为经历4个阶段的受力特征：弹性阶段、裂缝扩展阶段、裂缝闭合阶段和摩擦阶段；随 BFRP 聚合物筋直径的增大，降低了BFRP 筋⁃混凝土界面的黏结强度；随循环次数的增加，BFRP筋与混凝土的黏结强度减小，黏结强度对应的滑移量增加，剪切滞回面积减小，耗能能力降低；基于试验结果，提出了适用于计算循环荷载下BFRP筋与混凝土黏结性能的预测模型，从而为BFRP筋混凝土抗震和疲劳行为奠定试验和理论基础。

关键词: 玄武岩纤维聚合物筋混凝土, 黏结特性, 循环拉拔试验, 滑移, 滞回面积

Abstract:

To explore the bonding behavior between the BFRP bars and concrete under dynamic loads， forward and reverse cyclic pull⁃out tests were conducted on the BFRP bars， and their bonding dynamic performance was studied. According to the experimental results， the bond stress⁃strain relationship curve shows that there is a bond behavior between the BFRP reinforcement and concrete under cyclic load， which undergoes four stages of stress characteristics as follows： elastic stage， crack propagation stage， crack closure stage， and friction stage； As the diameter of BFRP polymer bars increased， the bonding strength between the BFRP bars and concrete interface decreased. With an increase in the cycle number， the bond strength between the BFRP reinforcement and concrete decreased， the slip corresponding to the bond strength increased， the shear hysteresis area decreased， and the energy dissipation capacity decreased. Based on the experimental results， a prediction model suitable for calculating the bonding performance between the BFRP bars and concrete under cyclic loading was established， laying an experimental and theoretical foundation for the seismic and fatigue behaviors of the BFRP⁃reinforced concrete.

Key words: basalt fiber?reinforced polymer reinforcement concrete, bonding characteristics, cyclic pull?out test, slip, hysteresis area

中图分类号:

TQ321

柴松华, 杜红秀, 吴凯, 黄锐, 周驰词. 玄武岩纤维增强聚合物筋混凝土循环拉拔试验及预测模型[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 47-53.

CHAI Songhua, DU Hongxiu, WU Kai, HUANG Rui, ZHOU Chici. Bond⁃slip behavior and model prediction of fiber⁃reinforced polymer⁃reinforced concrete[J]. China Plastics, 2024, 38(4): 47-53.

图/表 14

样品编号

直径/

抗拉强度/

MPa

弹性模量/

GPa

伸长率/

密度/

g·cm^-3

表1 BFRP筋的基本力学指标

Tab.1 Basic mechanical indicators of BFRP reinforcement

图1 试件的模型照片和尺寸示意图

Fig.1 Model photos and dimensional diagrams of the specimen

图2 试验装置布置图

Fig.2 Layout of the test equipment

图3 BFRP筋混凝土试件的破坏照片

Fig.3 Photos of the destroyed BFRP concrete specimen

样品编号	黏结强度/MPa						残余黏结强度/MPa
样品编号	n=1	n=3	n=5	n=7	n=9	n=10	残余黏结强度/MPa
FC14⁃1	8.81	4.93	4.32	4.12	4.08	4.05	8.13
FC14⁃2	8.75	5.23	4.84	4.73	4.72	4.72	8.59
FC14⁃3	8.35	4.92	4.24	3.94	3.86	3.85	6.01
FC14⁃4	9.88	4.98	3.92	3.52	3.41	3.39	8.83
FC14⁃5	10.23	6.57	5.78	5.57	5.52	5.51	10.66
平均值	9.20	5.33	4.62	4.37	4.32	4.32	8.43
τ_max，_N /τ_max，1	1.00	0.57	0.50	0.47	0.47	0.47	-
式（6）计算值	1.00	0.57	0.51	0.47	0.46	0.46	-
误差/%	0	0	-2.0	0	2.1	2.1	-

表2 循环荷载下黏结强度的试验和计算拟合结果

Tab.2 Test and calculation fitting results of bond strength under cyclic load

样品编号	滑移值/mm						残余滑移 / mm
样品编号	n=1	n=3	n=5	n=7	n=9	n=10	残余滑移 / mm
FC14⁃1	1.87	2.26	2.34	2.37	2.42	2.43	4.70
FC14⁃2	1.89	2.25	2.33	2.39	2.40	2.40	4.17
FC14⁃3	2.24	2.55	2.61	2.64	2.67	2.68	4.53
FC14⁃4	1.57	1.98	2.12	2.18	2.18	2.21	4.42
FC14⁃5	1.78	2.21	2.38	2.44	2.48	2.48	4.56
平均值	1.87	2.24	2.36	2.41	2.42	2.44	4.47
s_N /s₁	1.00	1.21	1.26	1.29	1.31	1.31	-
式（10）计算值	1.00	1.15	1.23	1.29	1.33	1.35	-
误差/%	0	5.0	2.4	0	-2.3	-3.1	-

表3 循环荷载下滑移值试验和计算拟合结果

Tab.3 Test and calculation fitting results of slip value under cyclic load

图4 不同试件黏结强度与滑移关系曲线

Fig.4 Relationship curve between bond strength and slip for different specimens

图5 循环加载下的黏结应力⁃滑移曲线示意图

Fig.5 Schematic diagram between bond stress and slip curve under cyclic loading

图6 黏结强度比与循环次数的关系曲线

Fig.6 Relationship curves between bond strength ratio and number of cycles

图7 黏结强度比的计算结果与试验数据对比

Fig.7 Comparison of calculation results and experimental ones of bond strength ratio

图8 滑移比率与循环次数的关系曲线

Fig.8 Relationship curve between slip ratio and number of cycles

图9 滑移比的计算结果与试验数据对比

Fig. 9 Comparison between the calculation results of slip ratio and experimental data

图10 滞回曲线面积比的计算结果与试验数据对比

Fig.10 Comparison between the calculated results of hysteresis curve area ratio and experimental data

样品编号	滞回曲线面积/N/mm
样品编号	n=2	n=4	n=6	n=8	n=10
FC14⁃1	17.01	8.37	7.47	7.17	7.14
FC14⁃2	16.74	8.95	8.26	8.43	7.75
FC14⁃3	22.49	11.05	9.21	8.36	7.84
FC14⁃4	22.49	9.50	7.88	7.67	6.80
FC14⁃5	17.92	9.06	9.54	9.49	9.32
平均值	19.32	9.68	8.46	8.23	7.78
A_N /A₁	1.00	0.47	0.38	0.35	0.31
式（11）计算值	1.00	0.46	0.38	0.34	0.32
误差/%	0	2.1	0	2.9	-3.2

表4 循环荷载下滞回曲线面积试验和计算拟合结果

Tab.4 Test and calculation fitting results of hysteresis curve area under cyclic load

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Bond⁃slip behavior and model prediction of fiber⁃reinforced polymer⁃reinforced concrete

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