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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。武汉假山其中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。武汉假山同时,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。

但由于黏结胶体此时的热分解和炭化已较以前严重,玻璃纤维丝之间的黏结性能很大一部分不能恢复温度升高至350℃后,破断处为蓬松的絮状物,说明温度高于350℃时黏结胶体已经完全炭化,降温后胶体的黏结性能将不能恢复。武汉假山为了研究恒温时间长短对GP筋材试件的影响,对300°C时不同受火时间的GP筋材高温后的力学性能进行了试验研究。试验过程中发现,GP筋高温试验段外部玻璃纤维丝呈黑色,并且随恒温时间的增加,GP筋试件破断处的蓬松扇子絮状物逐渐增加。恒温90min时已经很容易看到很多毛茸茸的絮状物,由外及内逐渐变浅,内部为浅黄色,具有明显的层次感,此时外部颜色已经很深,呈炭黑色;恒温120min时GP筋破断处的絮状物明显较以前多,但仍是外部颜色深,向内变浅,很有层次感,此时内外的颜色已经很接近,说明此时GP筋高温段的热分解和炭化已经很严重。武汉假山从这些现象可以看出:在300℃(恒温120min)GP筋中的黏结胶体已经大部分丧失了黏结能力,但外层纤维的炭化程度较重。GMP筋在温度低于300℃时的破坏型式和室温时的破坏型式相同。

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。武汉假山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。武汉假山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。

当搭接长度为1.6倍锚固长度时,梁能够达到极限受弯承载力。美国ACI40.1R-06《纤维增强聚合物(FRP)筋增强混凝土结构设计建造指南》根据有限的试验数据和工程经验,兼顾FRP筋强度利用率并保留一定安全储备,建议搭接长度取为1.3。(l为FRP筋的基本锚固长度)。武汉假山国内对于FRP筋与和混凝土的黏结性能研究起步较晚,但已有不少学者致力于FRP筋与混凝土黏结性能的研究,进行了大量试验和理论分析研究,取得丰硕的成果。通过FRP筋和混凝土的梁式试验、对拉试验和标准立方体拉拔试验,探讨了GFRP筋直径、肋间距表面形态、黏结长度等对黏结性能的影响,分析了两者的黏结机理和受力过程,提出了GFRP筋与混凝土之间的黏结强度和锚固长度的设计建议。我国《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》结合工程经验,并保留一定安全储备,建议在没有试验数据可供参考时,GFRP筋的搭接长度可取为40d。武汉假山目前,GFRP筋的搭接性能相关研究较少,为了推进GFRP筋材料及GFRP筋混凝土结构形式在我国的应用,有必要对GFRP筋的搭接性能进行深入研究,以保证GFRP筋混凝土结构的安全性和可靠性。本章研究的主要内容如下。

两搭接筋之间应力的传递,实际是两根受力方向相反的搭接筋通过黏结将力传递给握裹层的混凝土。武汉假山搭接FRP筋之间能够传力是由于FRP筋与混凝土之间的黏结锚固。但由于两根筋之间的混凝土受力复杂,握裹力受到削弱,因此搭接传力比锚固受力差,搭接长度应在锚固长度的基础上加以扩大筋的搭接传力是一种很复杂的相互作用,从黏结机理直接着手进行研究操作复杂,且很难达到较好的效果,国内外研究人员常采用试验方法对其进行研究。目前,所采用的试验方法主要有两种:一是考虑搭接最不利受力情况是在受弯构件的受拉区,截取该区域的搭接筋并理想化为搭接试件,以对拉试验研究其受力性能的搭接对拉试验,此种方法多见用于钢筋搭接性能研究;二是梁式试验,试验对象即为梁构件,模拟最不利情况进行三分点加载,在纯弯段拉区进行搭接,多用于观察研究搭接梁的受弯性能。武汉假山在对FRP筋搭接性能研究中,现有的国外研究常用此种方法。由于我国对GFRP筋的搭接性能研究较少,目前还没有系统的试验数据支持的统一标准。

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。武汉假山因为高温下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。武汉假山当火灾发生时,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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