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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。陕西假山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。陕西假山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。

试验中发现,加热过程中,聚合物逐渐热解,试验温度越高,电炉口烟气越大,说明聚合物热解量越大。陕西假山当试验温度高于300℃时,炉口的烟雾多且持续的时间长,高温试验段的GP筋开始明显变软,说明从300℃开始GP筋的热分解和炭化已经非常严重,此时筋的黏结胶体已经基本失去对玻璃纤维丝的黏结作用;350℃时高温试验段的GP筋已经变得非常柔软,能像纤维绳一样弯曲,说明此时GP筋的黏结胶体已经几乎完全分解和炭化,刚度几乎丧失殆尽,且很容易折断。说明此时GP筋的纤维丝由于高温的作用也已经变得不稳定350℃时的烧失量一般在3g左右。破坏形态,GP筋试件的典型破坏形态。试件常温下的破坏形态和高温后的破坏形态有明显的差异,且有明显的阶段性。陕西假山常温下,试件首先在中部薄弱面引发裂缝源,当荷载达到破坏荷载的30%~50%时,试件开始发出“噼啪”响声,应为纤维剥离树脂的声音,随着荷载的继续增大,纤维开始逐渐断裂,响声不断加大且更加密集,达到极限荷载时伴随着巨大的响声,试件成条束状爆裂破坏。

350℃高温后ψ2mmGP筋比φ10mmGP筋的极限抗拉强度增加了27.07%。陕西假山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。陕西假山由于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。

①对GFRP筋纵向拉伸性能进行试验研究。陕西假山确定其基本力学性能(包括抗拉强度、弹性模量和极限应变),为此类筋材研究提供材性依据。②对GFRP筋的搭接强度进行试验研究。试验参数包括GFRP筋搭接长度、混凝土保护层厚度、混凝土强度、配箍率、GFRP筋直径,分析在上述参数下GFRP筋搭接强度的变化规律和机理。③对试验得到的GFRP筋与混凝土黏结滑移曲线进行研究。分析在GFRP筋搭接长度、混凝土保护层厚度、混凝土强度、配箍率、GFRP筋直径5参数影响下黏结-滑移(搭接筋的两自由端相对滑移)曲线的变化,并分析其原因。④通过在搭接段中点和四分点粘贴应变片,分析各级荷载下搭接段应变分布及变化情况,研究其搭接性能。⑤基于试验结果,提出GFRP筋的搭接强度计算公式及GFRP筋在混凝土中的搭接长度计算公式,为确定受拉GFRP筋搭接长度合理取值提供试验和理论依据。FRP筋与混凝土的搭接性能试验概况。试验方法,与钢筋搭接一样,FRP筋的绑扎搭接接头传力,其本质是FRP筋在混凝土中的锚固。陕西假山FRP筋的绑扎搭接接头是采用镀锌铁丝将两根筋并排搭接绑扎,而铁丝绑扎只是为了固定搭接筋,形成牢固的平面网架或空间骨架。

GFRP筋在250℃时,GFRP筋表面颜色进一步加深,已经接近于炭黑色;300℃、350℃两种温度时,GFRP筋表面颜色均呈炭黑色,这种温度条件下GFRP筋高温试验段的表面颜色已没有明显的区别试件表面颜色的变化是因为黏结胶体的炭化引起的。陕西假山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100℃时,黏结胶体没有炭化,所以GFRP筋材表面颜色并未发生改变;在150℃时,黏结胶体开始发生炭化,并且随温度的升高炭化程度加剧,所以在150~250℃时,随着温度的升高,试件表面的颜色逐渐加深;在250℃时,试件中黏结胶体的炭化程度已经很高,所以高于250℃的试件表面颜色均呈炭黑色。为加阻燃剂的玻璃纤维筋(GMP)在各温度下的情况,常温时颜色为黑色。250℃之前GMP筋发生的变化单从表面很难观察到,与常温下基本相同,但是温度增加至250℃时能很明显地看到GMP筋表面的纤维暴露,陕西假山这是由于黏结胶体发生炭化所致,这时GMP筋表面的纤维丝一根一根地暴露在外,GMP筋由于黏结胶体的炭化不再是一个整体。
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