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虽然因为缺氧不会产生明火,但是FRP筋中的黏结树脂和连续纤维本身均会受到高温的影响,致使纤维筋的强度随温度的升高而发生变化。西安GRC材料日前有关高温后FRP筋力学性能的试验研究还不是很多,有关抗剪的就更少了。常温下FRP筋的抗拉强度和抗剪强度相差很大高温下FRP筋的抗拉强度损失较大,抗剪强度也会随温度而变化,因此需要研究高温后FRP筋的抗剪性能。试验概况,试验方案,试件直径为中10mm、中12mm的GP筋和中10 mm GMP筋,试验温度取为室温、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃共计7个工况。为了研究升温和降温过程对GFRP筋材料的影响,在每个温度条件下分别有一组试件在高温后进行剪切试验,共计21组,每组3个试件,共63个试件。本试验主要研究温度、直径、基体树脂、烧失量等参数对GFRP筋剪切性能的影响,记录试验现象并分析剪切破坏机理。西安GRC材料试验方法,参考《纤维增强塑料冲压式剪切强度试验方法》(GBT1450-2005)、《销剪切试验方法》(GB/T13683-1992)和相关文献,采用CMT系列计算机控制50kN电子万能试验机并配以压式剪切器进行剪切试验。具体试验方法如下。

能够自动测量抗扭强度、屈服点,配备扭转计可测量切变模量、规定非比例扭转应力,而且能够自动记录扭矩与转角的曲线。西安GRC材料试验机配有全数字测量控制系统,性能稳定,精度高。所用抗扭试件,使用的是肋间距为27mm,缠绕物分别为尼龙绳和玻璃纤维带的两种GFRP筋。试验现象,对于尼龙绳缠绕的GFRP筋进行测试时,当抗扭试验机逐步增加扭矩的过程中,筋材表面会逐渐出现一些细小的裂痕,当扭矩达到一定程度时,试件会突然破坏并出现严重的扭曲,甚至变成“麻花状”;对于玻璃纤维袋缠绕的GFRP筋,刚开始加载时与一般GFRP筋材相差无几,在达到规定的扭矩时玻璃纤维带缠绕的GFRP筋在破坏前会保持相当长的一段时间,即将破坏时,先发生缠绕带的断裂剥落,緊接着整个筋材发生破坏,形成以近似的“屈服平台”,这将有利于锚杆支护中锚杆的嵌入与防损坏。西安GRC材料表面缠绕尼龙绳的GFRP筋不能达到行业标准规定的P筋材的抗扭力矩应达到的40N·m,用玻璃纤维带缠绕的GFRP筋则都能达到40N·m;缠尼龙绳的GFRP筋几乎都是在达到最大扭矩时发生脆性破坏,没有一个近似“屈服平台”,这对于锚杆支护的应用不利。

两搭接筋之间应力的传递,实际是两根受力方向相反的搭接筋通过黏结将力传递给握裹层的混凝土。西安GRC材料搭接FRP筋之间能够传力是由于FRP筋与混凝土之间的黏结锚固。但由于两根筋之间的混凝土受力复杂,握裹力受到削弱,因此搭接传力比锚固受力差,搭接长度应在锚固长度的基础上加以扩大筋的搭接传力是一种很复杂的相互作用,从黏结机理直接着手进行研究操作复杂,且很难达到较好的效果,国内外研究人员常采用试验方法对其进行研究。目前,所采用的试验方法主要有两种:一是考虑搭接最不利受力情况是在受弯构件的受拉区,截取该区域的搭接筋并理想化为搭接试件,以对拉试验研究其受力性能的搭接对拉试验,此种方法多见用于钢筋搭接性能研究;二是梁式试验,试验对象即为梁构件,模拟最不利情况进行三分点加载,在纯弯段拉区进行搭接,多用于观察研究搭接梁的受弯性能。西安GRC材料在对FRP筋搭接性能研究中,现有的国外研究常用此种方法。由于我国对GFRP筋的搭接性能研究较少,目前还没有系统的试验数据支持的统一标准。

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。西安GRC材料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。西安GRC材料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。

在GFRP筋接近破坏时,可以明显看到表面部分纤维東也逐渐被拉断,随着断裂纤维束的增多,GFRP筋中部突然发生“爆裂式”破坏,破坏部位纤维呈发散状,同时飞散岀许多细小纤维,此时试验结束,试件呈现明显的脆性破坏特征。西安GRC材料100℃、150℃、200℃高温后的试验现象和破坏形态与常温下相似,临近破坏前的响声减弱,但破坏时的声音却仍然很大,伴随着“啪”的一声爆响,试件突然破坏;破坏处仍为发散状,说明玻璃纤维丝之间在温度降至室温后又恢复了部分黏结性能,可以协同受力。温度升至250°C、300℃C时,断口处的GP筋颜色从白色逐渐变为焦黄色,但在250°C时仍然较浅;随着温度的升高,破坏处夹杂的絮状物逐渐增多,当试验温度为300°C时,破坏处的条状物已经明显减少,稍显蓬松的絮状物增加。西安GRC材料这些现象说明,GP筋的黏结胶体由外至内逐渐玻璃化、分解,降低了对玻璃纤维丝的黏结作用,玻璃纤维丝协同工作的能力下降。断口处颜色呈褐色,夹杂少许絮状物,说明黏结胶体在降温后黏结性能有所恢复。

当温度达到300℃时,破断处的GMP筋有部分纤维被拉毛;温度达到350℃时破断处也为蓬松的絮状物。西安GRC材料说明:①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;②加入阻燃剂对GMP筋高温性能影响不是非常明显,温度低于300℃时破断处的纤维被拉毛的情况较GP筋相同温度少些,但当温度高于350℃时阻燃剂的加入对GMP筋的抗高温性能没有明显的改善。影响因素分析,采用贴应变片的方法量测GFRP筋的应变,只能量测60%~80%极限荷载对应的应变。弹性模量一般取为10%~50%极限荷载对应应变时的弹性模量。是GFRP筋室温和高温后的应力应变曲线。从图中可以看出:室温与高温后的应力-应变曲线相似,直至试件破坏前,这些试件的应力应变曲线基本是呈理想的线弹性,由于应变片只能测得60%~70%极限荷载对应的应变,所以没有下降段。西安GRC材料GFRP筋极限抗拉强度和弹性模量以及极限应变的计算方法参照文献中采用的计算高温后GFRP筋的残余极限抗拉强度采用与常温下相同的方法。荷载变形曲线初始直线段(10%Pb~50%Pb)的荷载增量。
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