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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。榆林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。榆林斗拱试验方法,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。

将混凝土拌和物分两层浇入试模,每层厚度大致相等。采用振动台将混凝土振捣密实,边振捣边用抹子将混凝土表面抹平。榆林斗拱在浇筑试件的同时,每种配合比留两组150mm×150mm×150mm立方体试块,同条件养护,用于测定混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度。此外,根据试验要求,制作浇筑一定数量的GFRP应变补偿试块。试件拆模及养护为保证试件的完整性,在浇筑试件48h后拆模。拆模后将试件放在试验室环境中进行自然养护28d,同时浇筑的混凝土试块同条件养护。在试件表面覆盖塑料薄膜后,加盖专用养护毡,保温且防止水分过快散失。养护过程中,第一周每洒水养护两次,之后每天洒水养护一次,养护制作流程。进行试验前,将龄期已满的混凝土试块进行强度测试。其中,采用式(5-1)计算劈裂抗拉强度式中f—混凝土劈裂抗拉强度,MPa;P——测试试块破坏荷载,kN;A—试块劈裂面面积,mm2。榆林斗拱加载装置及试验方法,千斤顶GFRP筋的搭接对拉所用加载设备为201及50t的穿式液压千斤顶,根据加载端钢管直径,选取与千斤顶配套的锚夹具,配合千斤顶施加拉力。

反力架本试验中特别制作反力架以施加对拉荷载。反力架包括4根长1.1m、材质为345、直径为36mm的全套丝螺杆以及配套的16个螺母,螺杆全套丝,以便于调节加载间距;1块大小400mm×400m×4mm的Q235承压钢板,2块400mm、400mm×35mmQ235钢板。榆林斗拱其中2块A0m×400mmx35mm的钢板打孔后沿中缝切开,便于试件快速装卸。反力架加载示意制作加工试验所需零部件。80点CM2B静态应变采集仪。试件的破坏形态分析,拔出破坏,试件发生拔出做坏一般有两种形式。一种是光面GFRP筋拔出或带肋GHRP筋肋被混凝土剪坏而拔出。光面GFRP筋与混凝土的黏结主要靠化学胶结力和摩擦力,而两者提供的黏结力都很小,所以此类GFRP筋与混凝土的黏结很差,所以较少应用于混凝土构件中。榆林斗拱同时,由于国内目前GFRP筋生产工艺还不够完善,表面带肋(FRP筋工作性能不是很稳定,表面横肋易脱落或是抗剪较弱。另外一种是GFRP筋肋间混凝土被剪坏。试验中两种形式均有出现试验中发生拔出破坏的试件,加载初期,GFRP筋承受拉力逐渐增大,外围玻璃纤维开始断裂并伴随“啪啪”声响,加载端在荷载较小时就开始滑移,随荷载继续增大,自由端发生滑移滑移较慢且滑移量小。

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。榆林斗拱对于搭接长度为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。榆林斗拱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。

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。榆林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,榆林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。
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