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35.定位后,用扎丝将两根筋绑扎固定。不同搭接长度、不同筋直径、不同保护层厚度、不同配箍率GFRP筋预埋。山西斗拱对于搭接段中点及4分点贴有应变片的试件,参考《混凝土结构试验方法标准(GB/T50152-2012)中的相关要求,并结合GFRP筋自身的特点粘贴应变片。不同于钢筋应变片粘贴首先用砂纸将钢筋表面打磨平整,为避免打磨对GFRP筋截面的削弱,粘贴GFRP筋应变片时在测点找到相对平整的面,用无水乙醇擦拭干净。用AB胶粘贴时,应用AB胶找平,但要保证涂抹胶层不能过厚,用棉棒轻轻擀压,将多余的胶排出,轻微调整应变片位置,使应变片方向与筋轴线平行且平整、紧密地贴在设计的测点位置。为防止浇筑过程中应变片受潮,在其表面涂抹薄薄一层环氧树脂,待胶层硬化后,再做连线及绝缘处理,其中,控制应变片包裹疙瘩尽量短小,以免过多影响黏结。山西斗拱试件浇筑混凝土搅拌采用强制搅拌机。按照混凝土配合比,利用电子秤准确称量各材料用量。按照砂子水泥石子的投料顺序加料,搅拌均匀后,再加入所需用水量,然后继续搅拌至均匀。

对于直径16mm的试件,搭接长度120mm和180mm无配箍试件全部表现为剧烈劈裂破坏,而配有箍筋的试件大多也都发生劈裂破坏。山西斗拱这是因为黏结长度大、直径大的试件,相同黏结强度条件下承担的破坏荷载更大,GFRP筋对周围混凝土产生的环向拉应力也就更大,当环向拉应力大于混凝土的抗拉强度时,就会出现在混凝土薄弱部位劈裂破坏;保护层小的试件,混凝土对GFRP筋的握裹力较小,导致GFRP筋达到抗拉强度之前混凝土开裂破坏。由此可以看出,GFRP筋直径较大、保护层厚度较小或混凝土强度较低的试件大多发生劈裂破坏。筋拉断破坏,搭接长度180mm、发生筋拉断破坏的试件以及搭接长度240mm的试件,在荷载较小时加载筋及自由端均无滑移。当荷载加大到一定程度时,加载筋开始滑移,随后自由端也一并滑移,但滑移量很小且滑移增长很慢。而搭接长度为300mm和360mm的试件,自由端基本无滑移。山西斗拱当荷载增长至GFRP筋抗拉极限时,混凝土表面仍无裂缝出现。伸出试件表面的GFRP筋发出“吭吭”的响声,GFRP筋外围纤维呈小束拉断拉毛并迅速扩展至全截面,断裂发生在筋较为薄弱截面。

山西斗拱通过几个月的试验研究发现,常规的酸性溶液、碱性溶液和NaCI溶液对于GFRP筋(乙烯基树脂、无碱玻璃纤维粗纱)制品确实有一定的侵蚀作用,同时由于乙烯基树脂极好的抵抗化学介质的性能,使得常规化学物质的常温侵蚀作用效果十分有限,一般不会超过5%。如此看来,ACI440委员会强调暴露于环境中的构件,采用GFRP筋进行(混凝土)构件增强时,强度标准值应乘以0.7的安全系数,以作为设计强度的提法,是具有客观科学依据的。酸性溶液,为了确认GFRP筋对于酸性溶液的抵抗能力,采用少28mm、由乙烯基酯树脂生产的玻璃纤维筋进行测试。试验条件如下。①分别采用pH值为2和5的H2SO4溶液作为实验介质。②GFRP螺纹筋的浸泡。将GFRP螺纹筋分别放入两种H2SO4溶液中常温浸泡,浸泡时间为90天。③浸泡后的GFRP螺纹筋再进行拉伸试验。将浸泡后的GFRP螺纹筋取出后,用清水将表面洗净。山西斗拱实验结果如下。①GFRP螺纹筋经过pH=2的H2SO溶液浸泡90天后,拉伸强度由602.51MPa下降到579.31MPa,拉伸强度保持率达96.1%,下降幅度仅3.85%。②弹性模量由41.68GPa上升到43.19GPa,基本保持不变。

不同于单根筋黏结,搭接筋接触缺少混凝土握裹,与混凝土黏结也会相对弱一些。为保证连接可靠,同时充分利用筋材强度,合适的搭接长度十分关键。山西斗拱国外一般采用梁式黏结试验方法开展钢筋的搭接性能研究,在试验梁的纯弯段进行搭接,变化参数包括钢筋端部形状、配箍率、搭接百分率(25%、50%)、钢筋类别4个参数,通过观察荷载-挠度曲线和裂缝形态,研究了搭接钢筋对试验梁受力性能的影响。对于FRP筋,参照钢筋搭接性能的研究方法,改变搭接长度、筋直径和保护层厚度,进行了GFRP筋和CFRP筋搭接性能的试验研究。研究结果表明,搭接段能够很好地传递作用力,随着搭接段长度的增加,梁的裂缝区域和裂缝数量都会减少。山西斗拱随保护层厚度的增加,搭接段GFRP筋的黏结强度非线性增长,但保护层厚度增加到一定程度,搭接强度不再增长。进而分析了FRP筋对梁极限受弯承载力的影响,并对不同直径FRP筋的平均黏结强度和临界搭接长度进行了讨论。总之,FRP筋的黏结强度比钢筋的小很多,且筋材的弹性模量对黏结强度的影响很大。

混凝土强度C30的试件,全部表现为混凝土劈裂破坏,而混凝土强度C35、C40的试件,大部分为筋拔出破坏,故混凝土强度从C30变化至C35时黏结强度增长显著,而C35变化到C40时增长较少。山西斗拱对于搭接长度为180mm的试件,混凝土强度从C30变化至C35时,黏结强度提高了0.58MPa,增长率为6.86%,增长较小;而混凝土强度从C35变化至C40时,黏结强度提高了1.7MPa,增长率为20.12%,增长显著。观察试件破坏形态,随搭接长度由120l8omm变化,试件极限破坏荷载增大,混凝土承受的环向拉力增大,同C30的混凝土样、即便是C35的混凝土试件也大多发生劈裂破坏。当混凝土强度增至C40时,混凝土抗劈拉强度继续增长,此时试件大多发生筋被拉断的破坏,而GFRP筋能承受的极限拉力较于劈裂破坏荷载大,故较之于C30、C35混凝土试件,C40的黏结强度有显著提高。黏结强度随混凝土强度增长而增长的原因如下。山西斗拱当试件发生拔出破坏时,GFRP筋的黏结强度主要取决于两者之间的机械咬合力。混凝土强度较低时,GFRP筋肋间的混凝土易被压碎;而混凝土强度较高时,GFRP筋肋剪切强度低于混凝土的抗压强度,GFRP筋肋被剪坏。

350℃高温后ψ2mmGP筋比φ10mmGP筋的极限抗拉强度增加了27.07%。山西斗拱分析造成这一结果的原因可能是:GFRP螺纹筋在制备时是通过缠绕纤维绳形成表面凸肋,小直径GFRP筋形成的凸肋较明显,筋表面弯曲纤维较多,减少了承载纤维的数量,从而导致强度降低;而对于大直径GFRP筋,GFRP筋肋的影响有所降低。高温后GFRP筋的剪切性能,工程结构中的材料除了承受拉力和压力之外,大部分还存在剪切应力,同样在FRP筋增强混凝土的受弯构件中,除了弯曲应力之外,还有较大的剪应力,FRP筋的力学性能与普通钢筋相比,其纵向和橫向都有很大的差异,所以,FRP筋混凝土构件的抗弯、抗剪承载力的计算并不完全等同于传统的混凝土结构。同时由于FRP筋抗剪强度较低,将FRP筋用作预应力筋时需要专门研制相应的预应力锚具、夹具,因此在结构设计中要充分考虑FRP筋的抗剪强度。山西斗拱由于FRP筋是由连续纤维材料和黏结胶体组成的复合材料,单根纤维丝的直径非常小,纤维丝之间通过黏结胶体黏合在一起。当FRP筋承受外部荷载时,众多黏合在一起的纤维丝可以均匀受力,并且具有良好的共同工作性能。
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