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两搭接筋黏结-自由端相对滑移曲线和黏结-加载端滑移曲线有类似的变化趋势,随荷载增大,曲线由线性向非线性过渡。洛阳斗拱自由端在荷载较小时,无相对滑移,而加载筋产生滑移较早。荷载继续増加趋近极限荷载时,GFRP筋与混凝土之间的滑移量继续增大且增速加快,黏结-滑移曲线出现明显转折且逐渐趋于平缓。黏结强度影响因素分析,搭接长度,不同搭接长度试件的GFRP筋与混凝土间的黏结强度变化规律。从中可以看出,黏结强度随搭接长度的增加而降低。显示了直径12mm,混凝土强度等级C35,搭接长度60mm(5d)~360mm(30d),以60mm(5a)梯度变化的无配箍试件黏结强度。洛阳斗拱搭接长度为60~180mm时,黏结强度随搭接长度的增加而降低,降低趋势明显,变化幅度较大;而当搭接长度为240~36omm时,黏结强度随搭接长度的增加而降低的幅度有所减小。与变形钢筋与混凝土的黏结类似,GFRP筋与混凝土之间的黏结应力在整个搭接长度范围内分布不均匀,并且搭接长度越大,黏结应力的分布就越不均匀。当发生黏结破坏时,平均黏结应力与最大黏结应力值相差越远,从而造成GFRP筋与混凝土之间的平均黏结强度随搭接长度的增加而降低。

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,洛阳斗拱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。洛阳斗拱基于此,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。

剪切试验加载过程中不断发出纤维断裂的“噼啪”声,随着荷载的增大,声音逐渐增大且愈加密集,当试件破坏时,伴随着很大的响声。洛阳斗拱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,没有发生脆性的剪断,这说明GFRP筋中的树脂性能较好,纵向纤维对横向剪切具有一定的作用。经受100℃、150℃、200℃、250℃四个温度段并恒温30min冷却至室温后,试验现象和常温时基本相同;250℃后由于炭化比较严重,剪切试验加载过程中发出纤维断裂的“哪啪”声较前几组少了很多,随着荷载的增大,试件逐渐被压碎成为了一根根的玻璃纤维,直至被剪断。影响因素分析,直径、温度对剪切强度的影晌。GFRP筋剪切试验的主要结果。同直径和温度对GFRP筋剪切强度的影响。随着温度的升高,高温后GFRP筋的剪切强度开始时随温度的升高而呈线性增大,200℃高温后的剪切强度达最大值,150丰4c200中10mmGP筋材开始随温度的升高而呈线性增大,100om筋200℃高温后的剪切强度达到最大值,洛阳斗拱比常温时剪50042mGP筋切强度增加31.91%,中12 mm GFRP筋在200℃高温后剪切强度也达最大值。

当GP筋受热后,洛阳斗拱在100℃时试件表面的颜色几乎没有什么改变,仍然呈白色;在150℃时,高温试验段的GP筋表面为很浅的黄色;200℃、250℃、300℃三种温度时高温试验段的颜色逐渐加深,由焦黄色→褐色→接近炭黑色;350℃时GP筋高温试验段的表面颜色已经完全呈炭黑色。(a)100℃时的试件颜色;(b)150℃时的试件颜色;(d)250℃时的试件颜色;(c)200℃时的试件颜色;(e)300℃时的试件颜色;(f)350℃时的试件颜色。然而,GMP筋常温时的颜色呈黑色,高温后颜色没有改变,还是呈现黑色,因此单从颜色很难判断GMP筋经历了多高的温度以及是否炭化。GP筋试件表面颜色的变化是因为黏结胶体的炭化引起的。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150℃时,黏结胶体没有炭化,所以GP筋材表面的颜色没有发生变化;洛阳斗拱在150℃时黏结胶体开始轻微炭化,并且随温度的升高,炭化逐步加剧所以随温度的升高,GP筋的颜色逐渐加深;在300℃时GP筋的黏结胶体已经炭化很严重所以高于此温度后试件都呈现炭黑色。

1mmGP筋的极限应变先随温度升高而降低,100℃时降至整个试验温度范围的最低点,洛阳斗拱随后开始逐渐增大,350℃时达最大值,比常温时增加了36.66%;10mm GMP筋极限应变先随温度升高小幅增大,100℃时达最大值,随后逐渐降低,300℃时降至最小值,比常温时降低了38.33%;小12mmGP筋的极限应变温度低于300℃时和常温相差不多,350℃时极限应变急剧降低,比常温时降低了44.12%。350℃高温后GFRP筋极限抗拉强度维持在室温时的80%以上,但是由于到达此温度时GFRP筋已经变得极为柔软,刚度很小,弹性模量不足常温时的70%,所以即使高室温后极限强度有所恢复,建议GFRP筋的耐高温极限仍然不能高于300℃。可以看出:GFRP筋的极限荷载、极限抗拉强度、平均拉伸弹性模量和极限应变在温度较高时比常温低。洛阳斗拱造成GFRP筋强度、弹性模量和极限应变降低的主要原因有3方面:①黏结胶体随温度的升高逐渐玻璃化、炭化和热分解,导致对抗拉强度的贡献逐渐减小乃至丧失;②黏结胶体黏结作用的降低导致GFRP筋纤维丝协同受力的能力下降,最终导致GFRP筋性能的劣化。

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,洛阳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。洛阳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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