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300℃、350℃两个温度时随温度的升高炭化逐步加深,试件中黏结胶体的炭化程度已经很高,可以看出从250℃开始GMP筋表面的颜色变得更黑为直径对拉伸弹性模量的影响规律。渭南假树由数据可知,随着直径的增大,拉伸弹性模量呈增大的趋势,室温试验时12mmGP筋试件比少0mmGP筋的弹性模量逐渐增加了7.9%,350℃高温后试验时中12mmGP筋比10mmGP筋的弹性模量增加了5.1%为直径对极限应变的影响规律。数据可知,随着直径的增加,室温试验时GFRP筋试件的极限应变有少量增加,即直径大的GFRP筋试件的延伸性能好些;然而350℃高温后试验时中12mmGP筋比41mmGP筋的极限应变由于自身的原因随直径的增大有所降低。恒温时间,为了研究恒温时间对GFRP筋试件材性的影响,300℃时进行了恒温30min、60min、90min、120min四个不同恒温时间的试验。可以看出,GFRP筋的极限抗拉强度在恒温60min时达最大值,9omin、120min时比60min时有所降低;渭南假树随恒温时间的增加,拉伸弹性模量逐渐増大;平均极限应变随恒温时间的增加小幅度减小。造成这一结果的原因是随恒温时间的增加,GFRP筋试件炭化、分解越来越严重,所以极限应变随恒温时间的增加降低。

这些因素都会导致FRP筋材料的性能在火灾中逐步退化,造成FRP筋混凝土结构的破坏,严重威胁使用安全。因此,FRP筋混凝土结构抗火性能的研究对其在土木工程中的应用至关重要,提供这种结构的抗火设计方法和抗火防护措施势在必行。另外,当混凝土结构遭遇火灾后,钢筋或者GFRP筋和混凝土力学性能的劣化可能导致火灾后结构的安全性和耐久性不足,渭南假树需随结构的损伤及剩余承载力进行计算和评估,进而对确定是否能继续服役及灾后加固修复的选择具有重要的现实意义。为了研究火灾环境中FRP筋材料和FRP筋增强混凝土结构的力学性能,保证FRP筋增强混凝土结构在火灾条件下的安全性,国外研究者从20世纪开始进行了尝试性的试验研究和理论分析。但目前国内外对FRP筋混凝土结构的抗火问题还没有系统深入,研究工作的欠缺导致对FRP筋混凝土结构的抗火性能认识不足,缺乏信心,从而影响了FRP筋在工程中的推广应用。渭南假树基于此,本章对钢筋混凝土结构中应用最多的钢筋变形钢筋和钢筋的补充及替代的材料GFRP筋进行高温后力学性能的试验研究。

①对GFRP筋纵向拉伸性能进行试验研究。渭南假树确定其基本力学性能(包括抗拉强度、弹性模量和极限应变),为此类筋材研究提供材性依据。②对GFRP筋的搭接强度进行试验研究。试验参数包括GFRP筋搭接长度、混凝土保护层厚度、混凝土强度、配箍率、GFRP筋直径,分析在上述参数下GFRP筋搭接强度的变化规律和机理。③对试验得到的GFRP筋与混凝土黏结滑移曲线进行研究。分析在GFRP筋搭接长度、混凝土保护层厚度、混凝土强度、配箍率、GFRP筋直径5参数影响下黏结-滑移(搭接筋的两自由端相对滑移)曲线的变化,并分析其原因。④通过在搭接段中点和四分点粘贴应变片,分析各级荷载下搭接段应变分布及变化情况,研究其搭接性能。⑤基于试验结果,提出GFRP筋的搭接强度计算公式及GFRP筋在混凝土中的搭接长度计算公式,为确定受拉GFRP筋搭接长度合理取值提供试验和理论依据。FRP筋与混凝土的搭接性能试验概况。试验方法,与钢筋搭接一样,FRP筋的绑扎搭接接头传力,其本质是FRP筋在混凝土中的锚固。渭南假树FRP筋的绑扎搭接接头是采用镀锌铁丝将两根筋并排搭接绑扎,而铁丝绑扎只是为了固定搭接筋,形成牢固的平面网架或空间骨架。

配箍试件劈裂基本无声响,试件表面细小裂缝从出现到延伸贯通历经几级加荷,达到峰值荷载时,压力表显示读数迅速下降接近0力且无法再次加上,混凝土表面裂缝宽度较无配箍试件破坏时小很多,如图521所示,表现出一定延性性质。渭南假树此外,无论配箍还是无配箍劈裂破坏试件,GFRP筋表面均有明显的磨损,筋与混凝土的咬合齿未完全被剪坏,孔壁GFRP筋肋轮廓形状还比较清晰,由此可说明破坏时GFRP筋并未沿纵向产生较大滑移。发生混凝土劈裂破坏的主要有以下几种情况。对于筋直径12mm的试件,搭接长度120mm、混凝土保护层厚度30mm和45mm的全部试件以及个别保护层厚度60mm的无配箍试件发生混凝土保护层劈裂破坏。此外,混凝土强度为C30,以及配箍试件中,箍筋间距大于60mm的大部分试件也发生劈裂破坏。搭接长度180mm的试件,其破坏形态大部分与搭接长度120mm的相一致,只是随搭接长度的增大,个别试件承载能力超过GFRP筋的好的极限抗拉强度时筋被拉断。渭南假树对于直径10mm的试件,搭接长度120mm和180mm的均无劈裂破坏现象。

能够自动测量抗扭强度、屈服点,配备扭转计可测量切变模量、规定非比例扭转应力,而且能够自动记录扭矩与转角的曲线。渭南假树试验机配有全数字测量控制系统,性能稳定,精度高。所用抗扭试件,使用的是肋间距为27mm,缠绕物分别为尼龙绳和玻璃纤维带的两种GFRP筋。试验现象,对于尼龙绳缠绕的GFRP筋进行测试时,当抗扭试验机逐步增加扭矩的过程中,筋材表面会逐渐出现一些细小的裂痕,当扭矩达到一定程度时,试件会突然破坏并出现严重的扭曲,甚至变成“麻花状”;对于玻璃纤维袋缠绕的GFRP筋,刚开始加载时与一般GFRP筋材相差无几,在达到规定的扭矩时玻璃纤维带缠绕的GFRP筋在破坏前会保持相当长的一段时间,即将破坏时,先发生缠绕带的断裂剥落,緊接着整个筋材发生破坏,形成以近似的“屈服平台”,这将有利于锚杆支护中锚杆的嵌入与防损坏。渭南假树表面缠绕尼龙绳的GFRP筋不能达到行业标准规定的P筋材的抗扭力矩应达到的40N·m,用玻璃纤维带缠绕的GFRP筋则都能达到40N·m;缠尼龙绳的GFRP筋几乎都是在达到最大扭矩时发生脆性破坏,没有一个近似“屈服平台”,这对于锚杆支护的应用不利。

随后剪切强度有所波动,但总体还是呈增加的趋势,只是较之前增幅较小。渭南假树GFRP筋剪切强度的影响,高温后的剪切强度比常温时略有增加,增幅在10%以内;300℃后剪切强度开始剧减;中10mmGP筋350℃时的剪切只有常温时的60.76%,而必12mmGP筋降幅更多,只有常温时的56.55%。中10mmGP筋的曲线在中12mmGP筋的下侧,说明直径小的剪切强度小于直径大的剪切强度,剪切强度随直径的增大而增大。基体树脂、温度对剪切强度的影响,前面的拉伸试验表明,对树脂的改性增加了基体的刚性,降低了基体的强度,而基体树脂是影响GFRP筋剪切强度的一个重要因素,由此可推断,树脂的改性对GFRP筋的剪切强度也有较明显的影响。这一推断的试验数据和不同基体GFRP筋剪切强度的对比也得到了验证,可以看出,GMP筋的剪切强度在110~145MPa之间变化,约是抗拉强度的30%;渭南假树与GP筋相比,GMP筋(对树脂改性后的GFRP筋)在常温时的剪切强度和高温后的剪切强度均低于GP筋常温及高温后的剪切强度。对树脂的改性降低了基体的强度,而基体树脂是影响GFRP筋剪切强度的一个重要因素。
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