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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。宝鸡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。宝鸡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。

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。宝鸡斗拱因为高温下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。宝鸡斗拱当火灾发生时,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。

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。宝鸡斗拱搭接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。宝鸡斗拱在对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。

由此可推断,树脂的改性对GFRP筋的剪切强度有较明显的影响,并且随温度的升高GMP筋和GP筋的剪切强度呈现相似的变化规律。宝鸡斗拱常温时GP筋的剪切强度比GMP筋高29.01%,150℃后GP筋的剪切强度继续增加,到200℃高温后剪切强度达最大值193.32MPa,比常温时增加了31.91%,而GMP筋的剪切强度在200℃高温后开始降低,到300℃高温后剪切强度比常温时已经下降了16.37%;在250℃、300℃高温后GFRP筋的剪切强度比常温时略有增加;两种类型的筋在350℃高温后的剪切强度与常温时相比都已经剧烈地下降,GP筋的剪切强度比常温时的降低了60.76%,GMP筋的残余强度更低,比常温时的降低了66.66%。从曲线上看,GP筋的剪切强度比GMP筋的剪切强度随温度变化大,GMP筋的曲线较平缓,对温度的敏感性较GFRP筋小。从以上分析,可以大致确定,FRP筋的耐高温极限为300℃。烧失量对剪切强度的影响,烧失量为0时剪切强度随温度的升高有增加的趋势;随着烧失量从0增加到1g,剪切强度直线下降,宝鸡斗拱说明黏结树脂的分解降低了GFRP筋的抗剪承载力;当烧失量超0mGm|过1g时,剪切强度更是剧减,说明黏结胶体的热分解和炭化已经非常严重,对玻璃纤维丝的黏结作用已经基本丧失。

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,没有发生脆性剪断,这说明GFRP筋中的树脂性能较好,宝鸡斗拱纵向纤维对横向剪切有一定的作用。结果分析,对不同缠绕方式的GFRP筋进行剪切性能测试,通过理论分析。表面缠绕玻璃纤维東对剪切强度有明显的提高,玻璃纤维束的缠绕使GFRP筋成型时纤维更加紧密,与树脂充分结合,两者的协同工作性更强,从而使GFRP筋的剪切强度得到提高,同时,玻璃纤维束本身对剪切强度也有所贡献。在GFRP筋直径较小时,缠绕两层纤维束的GFRP筋剪切强度明显高于缠绕一层的GFRP筋,但是当直径较大时,两者的差别则不是很明显。宝鸡斗拱玻璃纤维筋在一定工况下会涉及扭矩这个力学指标,这里简单介绍一下玻璃纤维筋进行扭转测试的方法。本试验采用玻璃纤维带缠绕的GFRP筋和尼龙绳缠绕的GFRP筋进行抗扭性能测试测试其扭矩是否符合规范规定的用于煤矿支护的GFRP锚杆的要求。试验设备和试验试样,使用计算机控制扭转试验机,型号是NDW31000。计算机控制电子式扭转试验机主要用于非金属材料扭转性能试验。
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