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虽然因为缺氧不会产生明火,但是FRP筋中的黏结树脂和连续纤维本身均会受到高温的影响,致使纤维筋的强度随温度的升高而发生变化。兰州斗拱日前有关高温后FRP筋力学性能的试验研究还不是很多,有关抗剪的就更少了。常温下FRP筋的抗拉强度和抗剪强度相差很大高温下FRP筋的抗拉强度损失较大,抗剪强度也会随温度而变化,因此需要研究高温后FRP筋的抗剪性能。试验概况,试验方案,试件直径为中10mm、中12mm的GP筋和中10 mm GMP筋,试验温度取为室温、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃共计7个工况。为了研究升温和降温过程对GFRP筋材料的影响,在每个温度条件下分别有一组试件在高温后进行剪切试验,共计21组,每组3个试件,共63个试件。本试验主要研究温度、直径、基体树脂、烧失量等参数对GFRP筋剪切性能的影响,记录试验现象并分析剪切破坏机理。兰州斗拱试验方法,参考《纤维增强塑料冲压式剪切强度试验方法》(GBT1450-2005)、《销剪切试验方法》(GB/T13683-1992)和相关文献,采用CMT系列计算机控制50kN电子万能试验机并配以压式剪切器进行剪切试验。具体试验方法如下。

试验方法,参考《玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法》(GB/T1447-205)、《纤维增强塑料性能试验方法总则》(GB/T1446-2005)、《纤维增强塑料高低温力学性能试验准则》(GB/T9979-2005)和美国ACI的《FRP筋加强混凝土设计和施工指南》所推荐的FRP筋抗拉试验方法,采用大标距高温拉力试验机(包括高温炉、温控仪)和100kN屏显液压伺服万能试验机,对GFRP筋进行室温和高温后拉伸性能测试。兰州斗拱试验参数主要内容如下。升降温方式通过自动控温电炉上的温控仪控制升温过程,当升到目标温度后电炉可以自动保持温度的恒定,误差一般在士3℃以内,温度值可以在控制仪表上实时显示。试验所用的自动控温电炉的炉膛尺寸为300mm×80mm×350mm,炉膛里安装了三个热电偶,炉膛中部有100mm的均温带,温控仪上与三个热电偶对应的有三个温区:上温区、中温区、下温区。升温过程中下温区的温度在三个温区中是最低的,到达目标温度大约10min后三个温区温度基本平衡。兰州斗拱在升温过程中记录下每分钟升高的温度,并作出试验各个温度的升温曲线。在不同的温度下升温速率是不同的。

1mmGP筋的极限应变先随温度升高而降低,100℃时降至整个试验温度范围的最低点,兰州斗拱随后开始逐渐增大,350℃时达最大值,比常温时增加了36.66%;10mm GMP筋极限应变先随温度升高小幅增大,100℃时达最大值,随后逐渐降低,300℃时降至最小值,比常温时降低了38.33%;小12mmGP筋的极限应变温度低于300℃时和常温相差不多,350℃时极限应变急剧降低,比常温时降低了44.12%。350℃高温后GFRP筋极限抗拉强度维持在室温时的80%以上,但是由于到达此温度时GFRP筋已经变得极为柔软,刚度很小,弹性模量不足常温时的70%,所以即使高室温后极限强度有所恢复,建议GFRP筋的耐高温极限仍然不能高于300℃。可以看出:GFRP筋的极限荷载、极限抗拉强度、平均拉伸弹性模量和极限应变在温度较高时比常温低。兰州斗拱造成GFRP筋强度、弹性模量和极限应变降低的主要原因有3方面:①黏结胶体随温度的升高逐渐玻璃化、炭化和热分解,导致对抗拉强度的贡献逐渐减小乃至丧失;②黏结胶体黏结作用的降低导致GFRP筋纤维丝协同受力的能力下降,最终导致GFRP筋性能的劣化。

试件发生劈裂破坏时,随着混凝土强度的增大,混凝土的抗劈拉强度提高,对应试件破坏荷载增大,黏结强度提高。注:表中显示的是直径12mm,搭接长度分别为120mm、180mm,不同混凝土强度无配箍试件的黏结强度。兰州斗拱混凝土强度C35、C40试件的黏结强度一混凝土强度C30试件的黏结强度)/混凝土强度C30试件的黏结强度×100%。配箍率,不同配箍率试件GFRP筋与混凝土间的黏结强度变化规律。从中可以看出,黏结强度随着配箍率的增大而提高,对于GFRP筋直径12mm、搭接长度120mm的试件,当箍筋间距80mm时,黏结强度较无配箍试件降低了0.17MPa;箍筋间距为6mm、40mm时,黏结强度依次增加了0.37MPa、1.16MPa,增长率分别为3.16%、9.9%。当箍筋间距为8omm时,搭接段只横跨了两根箍筋,对提高外围混凝土抗劈裂能力基本无作用;随箍筋间距减小,配箍率增大,搭接段橫跨箍筋数增多,箍筋和架立筋形成骨架对核心混凝土起到围箍作用,箍筋承担了部分劈拉力,使得试件的抗劈拉能力增强。兰州斗拱显示的是直径12mm,混凝土强度C35,搭接长度分别为120mm、180mm,不同配箍率试件黏结强度。

GFRP筋在250℃时,GFRP筋表面颜色进一步加深,已经接近于炭黑色;300℃、350℃两种温度时,GFRP筋表面颜色均呈炭黑色,这种温度条件下GFRP筋高温试验段的表面颜色已没有明显的区别试件表面颜色的变化是因为黏结胶体的炭化引起的。兰州斗拱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100℃时,黏结胶体没有炭化,所以GFRP筋材表面颜色并未发生改变;在150℃时,黏结胶体开始发生炭化,并且随温度的升高炭化程度加剧,所以在150~250℃时,随着温度的升高,试件表面的颜色逐渐加深;在250℃时,试件中黏结胶体的炭化程度已经很高,所以高于250℃的试件表面颜色均呈炭黑色。为加阻燃剂的玻璃纤维筋(GMP)在各温度下的情况,常温时颜色为黑色。250℃之前GMP筋发生的变化单从表面很难观察到,与常温下基本相同,但是温度增加至250℃时能很明显地看到GMP筋表面的纤维暴露,兰州斗拱这是由于黏结胶体发生炭化所致,这时GMP筋表面的纤维丝一根一根地暴露在外,GMP筋由于黏结胶体的炭化不再是一个整体。

剪切试验加载过程中不断发出纤维断裂的“噼啪”声,随着荷载的增大,声音逐渐增大且愈加密集,当试件破坏时,伴随着很大的响声。兰州斗拱GFRP筋试件的破坏均为整体缓慢切断,断口较整齐,且都有不同程度的挤压变形,没有发生脆性的剪断,这说明GFRP筋中的树脂性能较好,纵向纤维对横向剪切具有一定的作用。经受100℃、150℃、200℃、250℃四个温度段并恒温30min冷却至室温后,试验现象和常温时基本相同;250℃后由于炭化比较严重,剪切试验加载过程中发出纤维断裂的“哪啪”声较前几组少了很多,随着荷载的增大,试件逐渐被压碎成为了一根根的玻璃纤维,直至被剪断。影响因素分析,直径、温度对剪切强度的影晌。GFRP筋剪切试验的主要结果。同直径和温度对GFRP筋剪切强度的影响。随着温度的升高,高温后GFRP筋的剪切强度开始时随温度的升高而呈线性增大,200℃高温后的剪切强度达最大值,150丰4c200中10mmGP筋材开始随温度的升高而呈线性增大,100om筋200℃高温后的剪切强度达到最大值,兰州斗拱比常温时剪50042mGP筋切强度增加31.91%,中12 mm GFRP筋在200℃高温后剪切强度也达最大值。
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