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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。临潼GRG材料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。临潼GRG材料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。

高温后GFRP筋的残余弹性模量采用与常温下相同的方法。极限应变通过极限抗拉强度和弹性模量由下式求得。临潼GRG材料各因素对GFRP筋力学性能的影响如下。温度,温度对GFRP筋试件极限抗拉强度、平均弹性模量和平均极限应变的影响。中10mmGP筋极限抗拉强度在温度低于200℃时呈现增加的趋势,在200℃时达最大值,比常温时增加了18.85%,随后开始逐渐降低,小10mmGP筋350℃时极限抗拉强度比常温时降低了5.19%;410 mm gMP筋极限抗拉强度在100℃时达最大值,比常温时增加了9.91%,随后开始逐渐降低,10 mm gMP筋350℃时极限抗拉强度比常温时降低了37.35%;φ12mmGP筋350℃时极限抗拉强度比室温时降低了26.16%,由于GFRP筋材离散性较大,温度对它影响的规律性不明显,并且在试验温度范围内极限抗拉强度有所波动。临潼GRG材料φl0mmGP筋弹性模量温度低于200℃时呈现增加的趋势,200℃时达最大值,比常温时增加了27.63%,随后随温度升高逐渐下降,350℃时比常温时降低了20.29%;φ1 mm GMP筋弹性模量在温度低于300℃时和常温相差不多,350℃时弹性模量急剧降低,比常温时降低了21.4%;φ12mmGP筋弹性模量先降低,随后又有所增加,350℃时比常温时降低了22.44%。

发生GFRP筋拉断破坏的主要有以下几种情况。对于直径12mm的试件,个别搭接长度180mm、保护层厚度60mm的无配箍试件和配箍试件,以及搭接长度240mm、300mm、360mm的全部试件均为GFRP筋拉断破坏。临潼GRG材料对于直径10mm的试件,个别搭接长度120mm的配箍、无配箍试件及搭接长度180mm的所有配箍、无配箍试件破坏为GFRP筋拉断。而对于直径16mm的试件,无筋被拉断的现象。筋拉断破坏属于非黏结破坏,GFRP筋与混凝土的黏结很好,两者间几乎没有发生相对滑移,试件破坏是由于外荷载产生的拉应力超过了GFRP筋的抗拉强度,GFRP筋被拉断而破坏。由此可以看出,保护层达到一定厚度,直径较小、搭接长度较大的试件大多发生筋拉断破坏。根据各级荷载对应的平均黏结应力τ、加载端滑移量S、两自由端相对滑移量S1,可以得到每个试件的加载端黏结滑移曲线和自由端黏结滑移曲线。临潼GRG材料由于试件超过极限荷载后,数据变化剧烈且很不稳定,人工无法准确读取卸载过程中的荷载值及相应的滑移量,本次试验只得到黏结滑移曲线的上升段。黏结滑移曲线分析中,以两搭接筋自由端相对滑移为主,加载筋滑移仅做参考。

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。临潼GRG材料对于搭接长度为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。临潼GRG材料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。
在GFRP筋接近破坏时,可以明显看到表面部分纤维東也逐渐被拉断,随着断裂纤维束的增多,GFRP筋中部突然发生“爆裂式”破坏,破坏部位纤维呈发散状,同时飞散岀许多细小纤维,此时试验结束,试件呈现明显的脆性破坏特征。临潼GRG材料100℃、150℃、200℃高温后的试验现象和破坏形态与常温下相似,临近破坏前的响声减弱,但破坏时的声音却仍然很大,伴随着“啪”的一声爆响,试件突然破坏;破坏处仍为发散状,说明玻璃纤维丝之间在温度降至室温后又恢复了部分黏结性能,可以协同受力。温度升至250°C、300℃C时,断口处的GP筋颜色从白色逐渐变为焦黄色,但在250°C时仍然较浅;随着温度的升高,破坏处夹杂的絮状物逐渐增多,当试验温度为300°C时,破坏处的条状物已经明显减少,稍显蓬松的絮状物增加。临潼GRG材料这些现象说明,GP筋的黏结胶体由外至内逐渐玻璃化、分解,降低了对玻璃纤维丝的黏结作用,玻璃纤维丝协同工作的能力下降。断口处颜色呈褐色,夹杂少许絮状物,说明黏结胶体在降温后黏结性能有所恢复。

其中,直径10mm、搭接长度180mm的试件表现为黏结强度与是否配置箍筋无关,临潼GRG材料主要是因为搭接长度180mm的试件全部发生筋拉断破坏,为非黏结破坏。虽然配箍率对黏结强度影响不大,但配箍试件试验结果离散性小,且破坏表现出一定延性。搭接长度不很大时,配箍率的增大,改善了试件受力不均匀性,限制裂缝开展,加强了GFRP筋外围混凝土的抗劈裂能力。GFRP筋直径,不同筋直径试件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GFRP筋直径的增加。注:表中显示的是混凝土强度C35,搭接长度分别为120mm、180mm,降低率=(GFRP筋直径10mm试件的黏结强度一其他直径试件的黏结强度)度×100%。显示的是混凝土强度C35,搭接长度分别为120mm、180mm,箍筋箍试件的黏结强度。(a)搭接长度120mm试件搭接长度120mm、180mm无配箍试件黏结强度随搭接长度120mm的无配箍试件,从直径10mm、12mm到0.12MPa、0.95MPa,降低率分别为1.01%、8.02%。分析其GFRP筋表面的变形大于其横截面中心的变形,这会导分布不均匀,即剪切滞后现象。临潼GRG材料直径越大,横截面面积越大,剪切滞后现象就越明显,GFRP筋与混凝土的黏结强度也就会GFRP筋直径越大,包裹在筋表面的混凝土泌水越大,FRP筋与混凝土之间的接触面积减小,造成GFRP筋降低。
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