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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。河南斗拱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。河南斗拱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。

河南斗拱通过几个月的试验研究发现,常规的酸性溶液、碱性溶液和NaCI溶液对于GFRP筋(乙烯基树脂、无碱玻璃纤维粗纱)制品确实有一定的侵蚀作用,同时由于乙烯基树脂极好的抵抗化学介质的性能,使得常规化学物质的常温侵蚀作用效果十分有限,一般不会超过5%。如此看来,ACI440委员会强调暴露于环境中的构件,采用GFRP筋进行(混凝土)构件增强时,强度标准值应乘以0.7的安全系数,以作为设计强度的提法,是具有客观科学依据的。酸性溶液,为了确认GFRP筋对于酸性溶液的抵抗能力,采用少28mm、由乙烯基酯树脂生产的玻璃纤维筋进行测试。试验条件如下。①分别采用pH值为2和5的H2SO4溶液作为实验介质。②GFRP螺纹筋的浸泡。将GFRP螺纹筋分别放入两种H2SO4溶液中常温浸泡,浸泡时间为90天。③浸泡后的GFRP螺纹筋再进行拉伸试验。将浸泡后的GFRP螺纹筋取出后,用清水将表面洗净。河南斗拱实验结果如下。①GFRP螺纹筋经过pH=2的H2SO溶液浸泡90天后,拉伸强度由602.51MPa下降到579.31MPa,拉伸强度保持率达96.1%,下降幅度仅3.85%。②弹性模量由41.68GPa上升到43.19GPa,基本保持不变。

浸泡后的GFRP螺纹筋再进行拉伸试验将浸泡后的GFRP螺纹筋取出后,用清水将表面洗净。测试结果如下。①GFRP螺纹筋经过6%的NaCl溶液浸泡30天后,河南斗拱拉伸强度由604.75MPa下降到583.28MPa,拉伸强度保持率达96.45%,下降幅度仅为3.55%。②弹性模量由43.21GPa下降到43.19GPa,基本保持不变。③GFRP螺纹筋经过6%的NaCl溶液中浸泡90天后,拉伸强度由604.75MPa下降到598.10MPa,下降幅度仅1.1%。④弹性模量由43.21GPa下降到41.44GPa,下降幅度为4.1%。⑤GFRP螺纹筋在饱和NaCl溶液中浸泡30天后,拉伸强度由604.75MPa下降到575.72MPa,性能保持率达95.20%,下降幅度仅为4.80%。⑥弹性模量由43.21GPa下降到40.08GPa,河南斗拱性能保持率达92.76%,下降了7.24%。⑦GFRP螺纹筋在饱和NaCl溶液中浸泡90天后,拉伸强度由604.75MPa下降到56.83MPa,性能保持率达93.73%,下降幅度约为6.27%。⑧弹性模量由43.21GPa下降到41.78GPa,下降幅度约为3.3%。乙烯基酯树脂制得的GFRP螺纹筋在NaCl溶液中浸泡30天和90天后,拉伸性能方面的下降并不是十分明显,说明乙烯基树脂的耐氯离子的能力较强。GFRP筋的高温力学性能,研究内容,随着国民经济现代化建设的发展,高层建筑不断涌现,房屋密度加大。

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。河南斗拱因为高温下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。河南斗拱当火灾发生时,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。

度依次降低1.21MPa、3.9MPa,对应降幅分别为9.36%、30.16%。河南斗拱搭接长度180mm试件的降幅较大,是因为试验试件发生劈裂破坏和筋拉断破坏,无论哪种破坏形式,其破坏时黏结强度都要小于黏结破坏时的极限值,故较之于搭接长度60mm、120mm发生筋拔出破坏的试件,其黏结强度降低较多。搭接长度为240mm、300mm、360mm的全部试件均表现为荷载达到GFRP筋的抗拉强度,筋被拉断,此种破坏形态并非黏结破坏。相对于黏结破坏,GFRP筋被拉断破坏时,其与混凝土之间没有达到最大黏结应力,黏结应力在搭接长度范围内分布相对均匀一些,因此黏结强度随搭接长度的增加变化较小。此外,从其余各表中可以看出,混凝土强度、试件保护层厚度、配箍率、筋直径等各参数变化时,破坏形态等不同致使降低率变化幅度在5.40%~35.89%之间,但黏结强度随搭接长度增大而变小的规律不变。混凝土保护层厚度,不同混凝土保护层厚度试件GFRP筋与混凝土间的黏结强度变化的规律。河南斗拱从中可以看出,黏结强度随着混凝土保护层厚度的增大而提高。搭接长度为120mm时,混凝土保护层厚度从30mm变化到60mm,黏结强度依次增加了1.09MPa、3.92MPa,增长率分别为13.97%、50.26%。

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)。河南斗拱国内对于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。河南斗拱目前,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。
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