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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)。汉中清水混凝土挂板国内对于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。汉中清水混凝土挂板目前,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。

①对GFRP筋纵向拉伸性能进行试验研究。汉中清水混凝土挂板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。汉中清水混凝土挂板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。

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。汉中清水混凝土挂板搭接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。汉中清水混凝土挂板在对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。

350℃高温后ψ2mmGP筋比φ10mmGP筋的极限抗拉强度增加了27.07%。汉中清水混凝土挂板分析造成这一结果的原因可能是:GFRP螺纹筋在制备时是通过缠绕纤维绳形成表面凸肋,小直径GFRP筋形成的凸肋较明显,筋表面弯曲纤维较多,减少了承载纤维的数量,从而导致强度降低;而对于大直径GFRP筋,GFRP筋肋的影响有所降低。高温后GFRP筋的剪切性能,工程结构中的材料除了承受拉力和压力之外,大部分还存在剪切应力,同样在FRP筋增强混凝土的受弯构件中,除了弯曲应力之外,还有较大的剪应力,FRP筋的力学性能与普通钢筋相比,其纵向和橫向都有很大的差异,所以,FRP筋混凝土构件的抗弯、抗剪承载力的计算并不完全等同于传统的混凝土结构。同时由于FRP筋抗剪强度较低,将FRP筋用作预应力筋时需要专门研制相应的预应力锚具、夹具,因此在结构设计中要充分考虑FRP筋的抗剪强度。汉中清水混凝土挂板由于FRP筋是由连续纤维材料和黏结胶体组成的复合材料,单根纤维丝的直径非常小,纤维丝之间通过黏结胶体黏合在一起。当FRP筋承受外部荷载时,众多黏合在一起的纤维丝可以均匀受力,并且具有良好的共同工作性能。

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,汉中清水混凝土挂板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。汉中清水混凝土挂板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。

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。汉中清水混凝土挂板因为高温下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。汉中清水混凝土挂板当火灾发生时,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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