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对于直径16mm的试件,搭接长度120mm和180mm无配箍试件全部表现为剧烈劈裂破坏,而配有箍筋的试件大多也都发生劈裂破坏。湖北GRC构件这是因为黏结长度大、直径大的试件,相同黏结强度条件下承担的破坏荷载更大,GFRP筋对周围混凝土产生的环向拉应力也就更大,当环向拉应力大于混凝土的抗拉强度时,就会出现在混凝土薄弱部位劈裂破坏;保护层小的试件,混凝土对GFRP筋的握裹力较小,导致GFRP筋达到抗拉强度之前混凝土开裂破坏。由此可以看出,GFRP筋直径较大、保护层厚度较小或混凝土强度较低的试件大多发生劈裂破坏。筋拉断破坏,搭接长度180mm、发生筋拉断破坏的试件以及搭接长度240mm的试件,在荷载较小时加载筋及自由端均无滑移。当荷载加大到一定程度时,加载筋开始滑移,随后自由端也一并滑移,但滑移量很小且滑移增长很慢。而搭接长度为300mm和360mm的试件,自由端基本无滑移。湖北GRC构件当荷载增长至GFRP筋抗拉极限时,混凝土表面仍无裂缝出现。伸出试件表面的GFRP筋发出“吭吭”的响声,GFRP筋外围纤维呈小束拉断拉毛并迅速扩展至全截面,断裂发生在筋较为薄弱截面。

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,湖北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。湖北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。

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。湖北GRC构件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。湖北GRC构件搭接长度为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。

荷载逐渐増大接近极限荷载时,玻璃纤维岀现的“噼里啪啦”断裂声变得密集且声响较加载初期大,加载端滑移明显增大,且两自由端的相对滑移值增大速率变快,伴随混凝土试件内发出“咯噔咯噔”的声响,GFRP筋从试件中拔出,混凝土表面没有出现任何肉眼可见的裂缝,筋的肋凸起明显磨损。湖北GRC构件相应在GFRP筋肋前有挤压形成的楔状堆积,GFRP筋与混凝土咬合齿也磨损严重,混凝土孔壁上有些许粉末状混凝土覆盖,GFRP筋肋的轮廓因为纵向挤压擦痕的缘故已基本磨平。往往搭接长度大些的试件刚拔出时压力表显示读数并未立刻卸为0,试件还能承受较小残余荷载,为拔出试件破坏形态。发生筋拔出破坏的主要有以下几种情况。对于筋直径12mm的试搭接长度60mm的GFRP筋全部发生拔出破坏;搭接长度120mm、保护层厚度60mm的无配箍试件,箍筋间距大于80mm的配箍试件,以及混凝土强度大于C40的大部分发生筋拔出破坏。湖北GRC构件对于直径10mm的试件,搭接长度120mm的大多无配箍试件以及大部分配有箍筋试件为拔出破坏。而直径16mm的试件,个别搭接长度120mm的配箍试件大多发生拔岀破坏。

缠绕玻璃纤维束的GFRP筋能够在40N·m扭矩作用下坚持更长的时间而不发生破坏,这对于GFRP锚杆在边坡、煤矿支护过程中更加有利。湖北GRC构件但由于用玻璃纤维束作为缠绕物生产时,纤维束为松散状,容易搅在一起而影响生产的稳定性与连续性,用玻璃纤维带缠绕时不会出现此问题,并且抗扭性能与用玻璃纤维束差不多,均比尼龙绳缠绕的强,综合考虑用玻璃纤维带缠绕的GFRP筋材更适合作为锚杆。腐蚀环境下的力学性能,尽管FRP材料不会像金属那样产生电化学腐蚀,但仍然会在不同的化学环境中(包括酸、碱)发生性能的劣化。湖北GRC构件这种劣化随着温度的升高而加剧,由于纤维的“沥滤”作用,其很容易受到碱性和中性溶液的腐蚀,但是在树脂包裹下形成的FRP制品后会有很大的改善,目前国内外对此也开展了一定的研究,AC1440委员会有关研究没有对其产品给出明确的规定,但是强调暴露于环境中的构件,采用GFRP筋进行构件增强时,强度标准值应乘以0.7的安全系数,以作为设计强度。某实验现场取样进行常温化学物质3个月腐蚀性试验。

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,湖北GRC构件随后开始逐渐增大,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。湖北GRC构件造成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。
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