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不同于单根筋黏结,搭接筋接触缺少混凝土握裹,与混凝土黏结也会相对弱一些。为保证连接可靠,同时充分利用筋材强度,合适的搭接长度十分关键。四川GRC材料国外一般采用梁式黏结试验方法开展钢筋的搭接性能研究,在试验梁的纯弯段进行搭接,变化参数包括钢筋端部形状、配箍率、搭接百分率(25%、50%)、钢筋类别4个参数,通过观察荷载-挠度曲线和裂缝形态,研究了搭接钢筋对试验梁受力性能的影响。对于FRP筋,参照钢筋搭接性能的研究方法,改变搭接长度、筋直径和保护层厚度,进行了GFRP筋和CFRP筋搭接性能的试验研究。研究结果表明,搭接段能够很好地传递作用力,随着搭接段长度的增加,梁的裂缝区域和裂缝数量都会减少。四川GRC材料随保护层厚度的增加,搭接段GFRP筋的黏结强度非线性增长,但保护层厚度增加到一定程度,搭接强度不再增长。进而分析了FRP筋对梁极限受弯承载力的影响,并对不同直径FRP筋的平均黏结强度和临界搭接长度进行了讨论。总之,FRP筋的黏结强度比钢筋的小很多,且筋材的弹性模量对黏结强度的影响很大。

虽然搭接对拉试验很少考虑试件中混凝土应力分布的影响,但能反映筋材外形特征所固有的一些性质,又能排除其他因素对试验结果的干扰,其制作和操作过程简单,试验结果便于分析。四川GRC材料针对本章主要研究的各类参数对搭接性能的影响,本试验采用搭接对拉试验方法来研究分析GFRP筋的搭接锚固性能。参考已有的有关影响FRP筋与混凝土黏结性能因素研究,本章考虑5个较为主要的影响因素进行研究分析,分别是:GFRP搭接长度l、混凝土保护层厚度c、混凝土抗拉强度f、配箍率p和GFRP筋直径d。GFRP筋预埋预埋GFRP筋之前,先用吹风机清理试模内侧灰尘,并涂刷隔离剂。将GFRP筋从两端插入预埋孔中,将事先截好的起脱粘作用的硬质光滑塑料套管套在GFRP筋上,塑料套管一端顶在加载端一侧的模板上,并用透明胶带粘牢,另一端填泡沫并用黑胶布和透明胶封堵,固定在塑料套管上。四川GRC材料硬质PVC塑料套管不仅可以用于调节搭接长度,还可避免加载端因荷载较大造成混凝土局部挤压破坏。为了防止在浇筑混凝土的过程中GFRP筋滑动,在筋与试模外侧面交接处用厚黑色胶布缠绕几圈。

但由于黏结胶体此时的热分解和炭化已较以前严重,玻璃纤维丝之间的黏结性能很大一部分不能恢复温度升高至350℃后,破断处为蓬松的絮状物,说明温度高于350℃时黏结胶体已经完全炭化,降温后胶体的黏结性能将不能恢复。四川GRC材料为了研究恒温时间长短对GP筋材试件的影响,对300°C时不同受火时间的GP筋材高温后的力学性能进行了试验研究。试验过程中发现,GP筋高温试验段外部玻璃纤维丝呈黑色,并且随恒温时间的增加,GP筋试件破断处的蓬松扇子絮状物逐渐增加。恒温90min时已经很容易看到很多毛茸茸的絮状物,由外及内逐渐变浅,内部为浅黄色,具有明显的层次感,此时外部颜色已经很深,呈炭黑色;恒温120min时GP筋破断处的絮状物明显较以前多,但仍是外部颜色深,向内变浅,很有层次感,此时内外的颜色已经很接近,说明此时GP筋高温段的热分解和炭化已经很严重。四川GRC材料从这些现象可以看出:在300℃(恒温120min)GP筋中的黏结胶体已经大部分丧失了黏结能力,但外层纤维的炭化程度较重。GMP筋在温度低于300℃时的破坏型式和室温时的破坏型式相同。

配箍试件劈裂基本无声响,试件表面细小裂缝从出现到延伸贯通历经几级加荷,达到峰值荷载时,压力表显示读数迅速下降接近0力且无法再次加上,混凝土表面裂缝宽度较无配箍试件破坏时小很多,如图521所示,表现出一定延性性质。四川GRC材料此外,无论配箍还是无配箍劈裂破坏试件,GFRP筋表面均有明显的磨损,筋与混凝土的咬合齿未完全被剪坏,孔壁GFRP筋肋轮廓形状还比较清晰,由此可说明破坏时GFRP筋并未沿纵向产生较大滑移。发生混凝土劈裂破坏的主要有以下几种情况。对于筋直径12mm的试件,搭接长度120mm、混凝土保护层厚度30mm和45mm的全部试件以及个别保护层厚度60mm的无配箍试件发生混凝土保护层劈裂破坏。此外,混凝土强度为C30,以及配箍试件中,箍筋间距大于60mm的大部分试件也发生劈裂破坏。搭接长度180mm的试件,其破坏形态大部分与搭接长度120mm的相一致,只是随搭接长度的增大,个别试件承载能力超过GFRP筋的好的极限抗拉强度时筋被拉断。四川GRC材料对于直径10mm的试件,搭接长度120mm和180mm的均无劈裂破坏现象。

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)。四川GRC材料国内对于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。四川GRC材料目前,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。

350℃高温后ψ2mmGP筋比φ10mmGP筋的极限抗拉强度增加了27.07%。四川GRC材料分析造成这一结果的原因可能是:GFRP螺纹筋在制备时是通过缠绕纤维绳形成表面凸肋,小直径GFRP筋形成的凸肋较明显,筋表面弯曲纤维较多,减少了承载纤维的数量,从而导致强度降低;而对于大直径GFRP筋,GFRP筋肋的影响有所降低。高温后GFRP筋的剪切性能,工程结构中的材料除了承受拉力和压力之外,大部分还存在剪切应力,同样在FRP筋增强混凝土的受弯构件中,除了弯曲应力之外,还有较大的剪应力,FRP筋的力学性能与普通钢筋相比,其纵向和橫向都有很大的差异,所以,FRP筋混凝土构件的抗弯、抗剪承载力的计算并不完全等同于传统的混凝土结构。同时由于FRP筋抗剪强度较低,将FRP筋用作预应力筋时需要专门研制相应的预应力锚具、夹具,因此在结构设计中要充分考虑FRP筋的抗剪强度。四川GRC材料由于FRP筋是由连续纤维材料和黏结胶体组成的复合材料,单根纤维丝的直径非常小,纤维丝之间通过黏结胶体黏合在一起。当FRP筋承受外部荷载时,众多黏合在一起的纤维丝可以均匀受力,并且具有良好的共同工作性能。
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