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试件发生劈裂破坏时,随着混凝土强度的增大,混凝土的抗劈拉强度提高,对应试件破坏荷载增大,黏结强度提高。注:表中显示的是直径12mm,搭接长度分别为120mm、180mm,不同混凝土强度无配箍试件的黏结强度。重庆斗拱混凝土强度C35、C40试件的黏结强度一混凝土强度C30试件的黏结强度)/混凝土强度C30试件的黏结强度×100%。配箍率,不同配箍率试件GFRP筋与混凝土间的黏结强度变化规律。从中可以看出,黏结强度随着配箍率的增大而提高,对于GFRP筋直径12mm、搭接长度120mm的试件,当箍筋间距80mm时,黏结强度较无配箍试件降低了0.17MPa;箍筋间距为6mm、40mm时,黏结强度依次增加了0.37MPa、1.16MPa,增长率分别为3.16%、9.9%。当箍筋间距为8omm时,搭接段只横跨了两根箍筋,对提高外围混凝土抗劈裂能力基本无作用;随箍筋间距减小,配箍率增大,搭接段橫跨箍筋数增多,箍筋和架立筋形成骨架对核心混凝土起到围箍作用,箍筋承担了部分劈拉力,使得试件的抗劈拉能力增强。重庆斗拱显示的是直径12mm,混凝土强度C35,搭接长度分别为120mm、180mm,不同配箍率试件黏结强度。

试验方法,参考《玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法》(GB/T1447-205)、《纤维增强塑料性能试验方法总则》(GB/T1446-2005)、《纤维增强塑料高低温力学性能试验准则》(GB/T9979-2005)和美国ACI的《FRP筋加强混凝土设计和施工指南》所推荐的FRP筋抗拉试验方法,采用大标距高温拉力试验机(包括高温炉、温控仪)和100kN屏显液压伺服万能试验机,对GFRP筋进行室温和高温后拉伸性能测试。重庆斗拱试验参数主要内容如下。升降温方式通过自动控温电炉上的温控仪控制升温过程,当升到目标温度后电炉可以自动保持温度的恒定,误差一般在士3℃以内,温度值可以在控制仪表上实时显示。试验所用的自动控温电炉的炉膛尺寸为300mm×80mm×350mm,炉膛里安装了三个热电偶,炉膛中部有100mm的均温带,温控仪上与三个热电偶对应的有三个温区:上温区、中温区、下温区。升温过程中下温区的温度在三个温区中是最低的,到达目标温度大约10min后三个温区温度基本平衡。重庆斗拱在升温过程中记录下每分钟升高的温度,并作出试验各个温度的升温曲线。在不同的温度下升温速率是不同的。

由此可推断,树脂的改性对GFRP筋的剪切强度有较明显的影响,并且随温度的升高GMP筋和GP筋的剪切强度呈现相似的变化规律。重庆斗拱常温时GP筋的剪切强度比GMP筋高29.01%,150℃后GP筋的剪切强度继续增加,到200℃高温后剪切强度达最大值193.32MPa,比常温时增加了31.91%,而GMP筋的剪切强度在200℃高温后开始降低,到300℃高温后剪切强度比常温时已经下降了16.37%;在250℃、300℃高温后GFRP筋的剪切强度比常温时略有增加;两种类型的筋在350℃高温后的剪切强度与常温时相比都已经剧烈地下降,GP筋的剪切强度比常温时的降低了60.76%,GMP筋的残余强度更低,比常温时的降低了66.66%。从曲线上看,GP筋的剪切强度比GMP筋的剪切强度随温度变化大,GMP筋的曲线较平缓,对温度的敏感性较GFRP筋小。从以上分析,可以大致确定,FRP筋的耐高温极限为300℃。烧失量对剪切强度的影响,烧失量为0时剪切强度随温度的升高有增加的趋势;随着烧失量从0增加到1g,剪切强度直线下降,重庆斗拱说明黏结树脂的分解降低了GFRP筋的抗剪承载力;当烧失量超0mGm|过1g时,剪切强度更是剧减,说明黏结胶体的热分解和炭化已经非常严重,对玻璃纤维丝的黏结作用已经基本丧失。

当GP筋受热后,重庆斗拱在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;重庆斗拱在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。

由此可以看出,GFRP筋直径较小,搭接长度较短,混凝土强度较高,保护层达到定厚度的试件大多发生拔出破坏。重庆斗拱劈裂破坏,劈裂破坏是因为GFRP筋肋与混凝土形成机械咬合,拉拔力在混凝土中产生环向拉应力所致,是GFRP筋周围混凝土纵向劈裂使GFRP筋被拔出的破坏形式,故其实质是周围混凝土的劈拉破坏,而不是GFRP筋的搭接错固破坏,其最大破坏荷载小于GFRP筋与混凝土黏结破坏极限荷载。发生劈裂破坏的无配箍试件,在对拉力较小时,玻璃纤维开始断裂,间断发出“啪啪”声,加载筋首先开始滑移,而后不久,自由端也开始滑移,但滑移量都很小。随荷载逐渐增大,断裂声变得密集且声响增大,滑移量也不断增大。直到荷载接近峰值时,混凝土表面仍未见肉眼可看到的裂缝。达到极限荷载,裂缝突然贯穿混凝土表面,同时发出剧烈的劈裂声。重庆斗拱FRP筋直径16mm的混凝土试件甚至崩裂为散开的三块或四块,压力表读数急卸至0,表现为明显的脆性破坏。发生劈裂破坏的配箍试件与无配箍试件有明显的不同之处,即在最,后劈裂时,无配箍试件伴随一声“嘭”的巨响,裂缝贯通劈裂,裂缝宽度较大。

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。重庆斗拱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。重庆斗拱当荷载增长至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。
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