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大量新型建筑料广泛应用,以及燃器、电器的普遍使用,建筑物的大规模化和功能的复杂化,导致火灾的因素随之增加,火灾规模也日趋扩大,大大增加了建筑物发生火灾的可能性且使火灾危害性更加严重。延安GRC构件高温作用下,材料性能受到不同程度的损伤,混凝土的强度和弹性模量随着温度而降低,钢筋虽有混凝土保护,但强度也会降低。若结构的环境温度升高很多,或度发生周期性变化时,结构会因使用性能下降或承载力下降而失效,发生局部破坏,整体倒塌。目前,国内外对钢筋的高温力学性能的研究较多,和钢筋相比,FRP筋材料热稳性较差,更不耐火。FRP筋是由高强连续纤维通过胶体黏结成的复合材料,当承受外部荷载时,众多黏合在一起的纤维丝可以均匀受力,共同工作性能良好。黏结胶体是高分子材料,对高温比较敏感,高于一定温度会产生玻璃化和炭化,从而导致黏结作用退化和丧失。延安GRC构件并且高于一定温度时,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,连续纤维材料的性质也变得不稳定。

不同于单根筋黏结,搭接筋接触缺少混凝土握裹,与混凝土黏结也会相对弱一些。为保证连接可靠,同时充分利用筋材强度,合适的搭接长度十分关键。延安GRC构件国外一般采用梁式黏结试验方法开展钢筋的搭接性能研究,在试验梁的纯弯段进行搭接,变化参数包括钢筋端部形状、配箍率、搭接百分率(25%、50%)、钢筋类别4个参数,通过观察荷载-挠度曲线和裂缝形态,研究了搭接钢筋对试验梁受力性能的影响。对于FRP筋,参照钢筋搭接性能的研究方法,改变搭接长度、筋直径和保护层厚度,进行了GFRP筋和CFRP筋搭接性能的试验研究。研究结果表明,搭接段能够很好地传递作用力,随着搭接段长度的增加,梁的裂缝区域和裂缝数量都会减少。延安GRC构件随保护层厚度的增加,搭接段GFRP筋的黏结强度非线性增长,但保护层厚度增加到一定程度,搭接强度不再增长。进而分析了FRP筋对梁极限受弯承载力的影响,并对不同直径FRP筋的平均黏结强度和临界搭接长度进行了讨论。总之,FRP筋的黏结强度比钢筋的小很多,且筋材的弹性模量对黏结强度的影响很大。

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,延安GRC构件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。延安GRC构件基于此,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。

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。延安GRC构件对于搭接长度为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。延安GRC构件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。

350℃高温后ψ2mmGP筋比φ10mmGP筋的极限抗拉强度增加了27.07%。延安GRC构件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。延安GRC构件由于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。
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