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反力架本试验中特别制作反力架以施加对拉荷载。反力架包括4根长1.1m、材质为345、直径为36mm的全套丝螺杆以及配套的16个螺母,螺杆全套丝,以便于调节加载间距;1块大小400mm×400m×4mm的Q235承压钢板,2块400mm、400mm×35mmQ235钢板。武汉GRG其中2块A0m×400mmx35mm的钢板打孔后沿中缝切开,便于试件快速装卸。反力架加载示意制作加工试验所需零部件。80点CM2B静态应变采集仪。试件的破坏形态分析,拔出破坏,试件发生拔出做坏一般有两种形式。一种是光面GFRP筋拔出或带肋GHRP筋肋被混凝土剪坏而拔出。光面GFRP筋与混凝土的黏结主要靠化学胶结力和摩擦力,而两者提供的黏结力都很小,所以此类GFRP筋与混凝土的黏结很差,所以较少应用于混凝土构件中。武汉GRG同时,由于国内目前GFRP筋生产工艺还不够完善,表面带肋(FRP筋工作性能不是很稳定,表面横肋易脱落或是抗剪较弱。另外一种是GFRP筋肋间混凝土被剪坏。试验中两种形式均有出现试验中发生拔出破坏的试件,加载初期,GFRP筋承受拉力逐渐增大,外围玻璃纤维开始断裂并伴随“啪啪”声响,加载端在荷载较小时就开始滑移,随荷载继续增大,自由端发生滑移滑移较慢且滑移量小。

当GP筋受热后,武汉GRG在100℃时试件表面的颜色几乎没有什么改变,仍然呈白色;在150℃时,高温试验段的GP筋表面为很浅的黄色;200℃、250℃、300℃三种温度时高温试验段的颜色逐渐加深,由焦黄色→褐色→接近炭黑色;350℃时GP筋高温试验段的表面颜色已经完全呈炭黑色。(a)100℃时的试件颜色;(b)150℃时的试件颜色;(d)250℃时的试件颜色;(c)200℃时的试件颜色;(e)300℃时的试件颜色;(f)350℃时的试件颜色。然而,GMP筋常温时的颜色呈黑色,高温后颜色没有改变,还是呈现黑色,因此单从颜色很难判断GMP筋经历了多高的温度以及是否炭化。GP筋试件表面颜色的变化是因为黏结胶体的炭化引起的。从表面颜色的变化可以看出试件随温度的变化过程:在温度低于150℃时,黏结胶体没有炭化,所以GP筋材表面的颜色没有发生变化;武汉GRG在150℃时黏结胶体开始轻微炭化,并且随温度的升高,炭化逐步加剧所以随温度的升高,GP筋的颜色逐渐加深;在300℃时GP筋的黏结胶体已经炭化很严重所以高于此温度后试件都呈现炭黑色。

大量新型建筑料广泛应用,以及燃器、电器的普遍使用,建筑物的大规模化和功能的复杂化,导致火灾的因素随之增加,火灾规模也日趋扩大,大大增加了建筑物发生火灾的可能性且使火灾危害性更加严重。武汉GRG高温作用下,材料性能受到不同程度的损伤,混凝土的强度和弹性模量随着温度而降低,钢筋虽有混凝土保护,但强度也会降低。若结构的环境温度升高很多,或度发生周期性变化时,结构会因使用性能下降或承载力下降而失效,发生局部破坏,整体倒塌。目前,国内外对钢筋的高温力学性能的研究较多,和钢筋相比,FRP筋材料热稳性较差,更不耐火。FRP筋是由高强连续纤维通过胶体黏结成的复合材料,当承受外部荷载时,众多黏合在一起的纤维丝可以均匀受力,共同工作性能良好。黏结胶体是高分子材料,对高温比较敏感,高于一定温度会产生玻璃化和炭化,从而导致黏结作用退化和丧失。武汉GRG并且高于一定温度时,处于高温环境中的连续纤维丝的性能也会发生不同程度的变化,连续纤维材料的性质也变得不稳定。

由此可以看出,GFRP筋直径较小,搭接长度较短,混凝土强度较高,保护层达到定厚度的试件大多发生拔出破坏。武汉GRG劈裂破坏,劈裂破坏是因为GFRP筋肋与混凝土形成机械咬合,拉拔力在混凝土中产生环向拉应力所致,是GFRP筋周围混凝土纵向劈裂使GFRP筋被拔出的破坏形式,故其实质是周围混凝土的劈拉破坏,而不是GFRP筋的搭接错固破坏,其最大破坏荷载小于GFRP筋与混凝土黏结破坏极限荷载。发生劈裂破坏的无配箍试件,在对拉力较小时,玻璃纤维开始断裂,间断发出“啪啪”声,加载筋首先开始滑移,而后不久,自由端也开始滑移,但滑移量都很小。随荷载逐渐增大,断裂声变得密集且声响增大,滑移量也不断增大。直到荷载接近峰值时,混凝土表面仍未见肉眼可看到的裂缝。达到极限荷载,裂缝突然贯穿混凝土表面,同时发出剧烈的劈裂声。武汉GRGFRP筋直径16mm的混凝土试件甚至崩裂为散开的三块或四块,压力表读数急卸至0,表现为明显的脆性破坏。发生劈裂破坏的配箍试件与无配箍试件有明显的不同之处,即在最,后劈裂时,无配箍试件伴随一声“嘭”的巨响,裂缝贯通劈裂,裂缝宽度较大。

由于黏结树脂对高温比较敏感,当温度高于一定限值时会发生玻璃化,即处于流塑状态,它对纤维丝的黏结作用会逐渐退化乃至丧失;处于高温环境中的连续纤维丝的性能也会发生不同程度的变化。武汉GRG因为高温下FRP筋的各种组成材料本身的变化,造成FRP筋的力学性能也会发生相应的变化。Rehm和 Franke以及Sen研究发现,E-玻璃的熔化温度为1260℃,但在200℃时其强度比20℃时要下降很多,当温度达到550℃时,玻璃纤维的抗拉强度仅是室温条件下的1/2;黏结树脂的玻璃化点一般在100~200℃,超过这一温度树脂将会发生玻璃化、热分解和炭化,从而失去黏结能力;由黏结材料和玻璃纤维丝共同组成的整体—GFRP筋材在100℃时的强度大约是20°C时的70%(钢材大约是95%),若温度高于400°C,则下降到30%(钢材大约是50%)。由此可以看出:高温对GFRP筋材的影响是巨大的。武汉GRG当火灾发生时,处于火场中的建筑构件均受到高温环境的影响,虽然处于混凝土保护层之内的FRP筋不直接暴露在火场中,但其周围的环境温度会随过火时间的延长而逐渐升高。
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