《Journal of Building Engineering》：Experimental Investigation of Bond Behavior between Basalt Fiber Reinforced Polymer Bars and Coral Aggregate Concrete under Different Loading Rates
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•采用了光纤布拉格光栅传感技术来检测嵌入式钢筋的应变。•研究了加载速率、钢筋类型以及嵌入长度对BFRP与CAC界面粘结性能的影响。•基于光纤布拉格光栅数据，揭示了沿嵌入长度方向的应力传递特性。•针对以开裂为主的试件，验证了CMR模型在描述粘结-滑移响应上升阶段的有效性。引言在偏远
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采用了光纤布拉格光栅传感技术来检测嵌入式钢筋的应变。
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研究了加载速率、钢筋类型以及嵌入长度对BFRP与CAC界面粘结性能的影响。
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基于光纤布拉格光栅数据，揭示了沿嵌入长度方向的应力传递特性。
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针对以开裂为主的试件，验证了CMR模型在描述粘结-滑移响应上升阶段的有效性。
引言
在偏远岛屿礁石上的建筑工程中，利用当地珊瑚骨料和海水制备珊瑚骨料混凝土，有助于节约淡水及天然碎石资源，降低运输成本，提升工程效率。这一方法对于海洋资源的可持续利用以及岛屿建设具有重要意义[1]。然而，珊瑚骨料中含有大量氯化物，而岛屿和礁石工程所面临的高盐分、高湿度环境会加速传统钢制加固材料的腐蚀，从而大幅缩短结构的使用寿命[2]。相比之下，纤维增强塑料具有重量轻、强度高且耐腐蚀等优点，能够显著提升海洋环境中的混凝土结构耐久性[3]、[4]、[5]。近期研究进一步表明，人们持续关注纤维增强塑料约束或加固的珊瑚骨料混凝土体系，认为其在海洋及岛屿礁石工程的结构应用和性能优化方面具有巨大潜力[4]、[5]。因此，这种采用本地材料、具备耐腐蚀性和良好工程适应性的纤维增强塑料钢筋-珊瑚骨料混凝土复合体系，已成为沿海及海上岛屿礁石基础设施的重要选择。
加固材料与混凝土之间的粘结性能对于确保钢筋混凝土复合材料的整体功能以及结构的整体完整性至关重要[6]、[7]。现有研究系统探讨了静态加载条件下纤维增强塑料钢筋在珊瑚骨料混凝土中的粘结机制。与普通混凝土中的纤维增强塑料钢筋不同，珊瑚骨料的多孔且高吸水特性会显著影响其在珊瑚骨料混凝土中的粘结性能。Wang等人[8]指出，珊瑚骨料的多孔结构会降低BFRP钢筋与混凝土界面之间的粘结性能——具体表现为机械互锁力、粘结刚度和粘结强度的下降——但同时能提高珊瑚骨料混凝土的韧性，从而减轻珊瑚骨料带来的不良影响。不过Yin等人[9]发现，珊瑚骨料的高吸水率会降低实际的水灰比，进而提高砂浆强度。因此，珊瑚骨料混凝土与BFRP钢筋之间的粘结强度是普通混凝土与BFRP钢筋之间粘结强度的五倍以上。最新研究还表明，纤维增强塑料钢筋与珊瑚骨料混凝土之间的粘结行为受多种因素共同影响，包括基体特性、钢筋类型、表面几何形状、粘结长度以及局部界面状况[4]、[10]。例如，与普通珊瑚骨料混凝土相比，碱活化珊瑚骨料混凝土由于基体更为致密，其纤维增强塑料钢筋与混凝土之间的界面粘结刚度和残余应力更高[11]、[12]；与标准养护条件相比，海水浸泡养护会降低纤维增强塑料钢筋与混凝土之间的粘结强度[13]、[14]、[15]、[16]；还有研究表明，钢筋类型、基体改性以及混合加固策略能够显著改变基于珊瑚骨料混凝土的体系的粘结-滑移响应、破坏特征以及界面荷载传递行为[17]、[18]、[19]；此外，虽然增加嵌入长度能使拔出载荷接近钢筋的抗拉强度，但同时也会降低平均粘结强度[20]。
尽管目前人们对静态加载条件下纤维增强塑料钢筋在珊瑚骨料混凝土中的粘结行为已有较为深入的了解，但实际的岛屿和礁石工程结构，如防波堤和护岸等，往往要承受波浪冲击和碰撞等动态载荷。这类动态载荷具有更高的应变率和瞬时加载特性，可能导致其与静态加载下的界面力学响应存在显著差异。应力波的传播、惯性效应以及与加载速率相关的响应都可能使粘结性能下降，甚至导致结构过早失效，从而对结构安全构成严重威胁[21]、[22]、[23]、[24]。本研究并未模拟真实的冲击载荷，而是聚焦于试件级测试中具有代表性的低速动态拔出工况。近年来，越来越多的学者开始关注动态加载条件下纤维增强塑料钢筋与混凝土界面的力学行为。Li等人[25]系统研究了工程地质聚合物复合材料与钢筋在循环加载下的粘结性能，发现具有较高极限拉伸应变的工程地质聚合物复合材料能够有效延缓粘结应力的下降，提升试件的能量耗散能力。Lu等人[26]发现，CFRP钢筋与混凝土界面之间的粘结性能存在显著的应变率效应，动态加载下的峰值粘结应力是静态加载下的2到4倍。此外，加载速度的增加会提升界面粘结剪应力，而CFRP钢筋长度的增加则先使该应力上升，随后又使其下降。Erba?等人[27]通过实验测试和数值模拟研究了CFRP与混凝土界面的动态响应，发现增加粘结长度或采取额外的锚固措施，能够提升低速动态加载下的界面荷载传递能力。还有一些研究探讨了疲劳载荷或疲劳与腐蚀等联合耐久作用对钢筋-混凝土界面性能的影响[28]、[29]、[30]。这些研究为界面性能的长期劣化提供了有益的参考，但并未直接针对本研究所关注的低速动态拔出响应展开研究。总体而言，现有研究大多集中在普通混凝土、疲劳载荷或其他界面体系上，关于低速动态加载条件下BFRP钢筋与珊瑚骨料混凝土体系粘结行为的研究尚属空白。珊瑚骨料混凝土本身的抗拉强度相对较低，而且BFRP钢筋与珊瑚骨料混凝土在动态条件下的界面相容性、破坏机制以及应变率效应也亟需进行系统研究。
为满足岛屿和礁石环境中基于珊瑚混凝土的基础设施建设需求，本研究探讨了准静态及低速动态拔出加载条件下BFRP钢筋与珊瑚骨料混凝土之间的粘结行为。本研究的创新之处在于，结合了适用于珊瑚混凝土的特定界面体系、具有代表性的低速动态加载条件以及基于光纤布拉格光栅的应变监测技术，旨在明确加载速率、钢筋类型和嵌入长度对粘结响应及应力传递行为的影响。基于实验获得的粘结-滑移响应数据，进一步建立了上升型粘结-滑移拟合模型，用于描述所研究条件下半纤维增强塑料钢筋-珊瑚骨料混凝土试件的界面级粘结行为。
章节要点
实验设计
根据GB/T 50152-2012标准[31]，通过中心拔出试验方法可以研究加固材料类型、嵌入长度以及加载速率等参数对加固材料与珊瑚骨料混凝土之间粘结性能的影响。为减少混凝土强度差异带来的干扰，本研究将珊瑚骨料混凝土的抗压强度等级设定为C60。由于珊瑚骨料含有较多盐分，因此试验组
破坏模式
图6展示了不同加载速率下BFRP/环氧涂层钢筋-珊瑚骨料混凝土拔出试件的破坏模式。所有试件均出现了典型的混凝土开裂破坏现象，同时伴有BFRP钢筋的肋条剪切或磨损现象。破坏始于加固材料与混凝土的界面处，尤其是承受压力的横向肋条位置。横向肋条所受斜压力的径向分量
粘结强度预测公式
建立能够反映应变率影响的粘结强度预测模型，对于理解纤维增强塑料钢筋-混凝土界面系统的速率相关粘结响应具有重要意义。为此，文献中提出了多种考虑应变率对混凝土与纤维增强塑料钢筋之间粘结-滑移关系影响的粘结强度模型（见表5）。这些模型通常将动态粘结强度表示为静态粘结强度与某个动态因子的乘积
结论
通过36组拔出试验，本研究系统分析了低速动态加载条件下BFRP钢筋与全珊瑚骨料混凝土之间的粘结性能。在所研究的试件配置、材料性能以及加载速率范围内，可得出以下结论：
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所有试件均出现了珊瑚骨料混凝土的开裂破坏现象，这主要是由于其抗拉强度较低，无法承受环向拉力所致
作者贡献说明
黄东明：论文撰写——审阅与编辑，资金获取，正式分析。 袁成刚：论文撰写——初稿撰写，实验研究。 王磊：项目管理，研究方法设计，资金获取。 顾健：数据整理。 邓雪莲：结果可视化，资源协调
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究成果的已知财务利益或个人关系。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究成果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：52178194）、广西自然科学基金项目（项目编号：2026GXNSFBA00640039）、广西自然科学基金项目（项目编号：2024GXNSFGA010002）以及广西巴桂学者基金的资助。
王磊|袁成刚|黄东明|邓雪莲|顾健
