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这些因素都会导致FRP筋材料的性能在火灾中逐步退化,造成FRP筋混凝土结构的破坏,严重威胁使用安全。因此,FRP筋混凝土结构抗火性能的研究对其在土木工程中的应用至关重要,提供这种结构的抗火设计方法和抗火防护措施势在必行。另外,当混凝土结构遭遇火灾后,钢筋或者GFRP筋和混凝土力学性能的劣化可能导致火灾后结构的安全性和耐久性不足,甘肃GRC材料需随结构的损伤及剩余承载力进行计算和评估,进而对确定是否能继续服役及灾后加固修复的选择具有重要的现实意义。为了研究火灾环境中FRP筋材料和FRP筋增强混凝土结构的力学性能,保证FRP筋增强混凝土结构在火灾条件下的安全性,国外研究者从20世纪开始进行了尝试性的试验研究和理论分析。但目前国内外对FRP筋混凝土结构的抗火问题还没有系统深入,研究工作的欠缺导致对FRP筋混凝土结构的抗火性能认识不足,缺乏信心,从而影响了FRP筋在工程中的推广应用。甘肃GRC材料基于此,本章对钢筋混凝土结构中应用最多的钢筋变形钢筋和钢筋的补充及替代的材料GFRP筋进行高温后力学性能的试验研究。

荷载逐渐増大接近极限荷载时,玻璃纤维岀现的“噼里啪啦”断裂声变得密集且声响较加载初期大,加载端滑移明显增大,且两自由端的相对滑移值增大速率变快,伴随混凝土试件内发出“咯噔咯噔”的声响,GFRP筋从试件中拔出,混凝土表面没有出现任何肉眼可见的裂缝,筋的肋凸起明显磨损。甘肃GRC材料相应在GFRP筋肋前有挤压形成的楔状堆积,GFRP筋与混凝土咬合齿也磨损严重,混凝土孔壁上有些许粉末状混凝土覆盖,GFRP筋肋的轮廓因为纵向挤压擦痕的缘故已基本磨平。往往搭接长度大些的试件刚拔出时压力表显示读数并未立刻卸为0,试件还能承受较小残余荷载,为拔出试件破坏形态。发生筋拔出破坏的主要有以下几种情况。对于筋直径12mm的试搭接长度60mm的GFRP筋全部发生拔出破坏;搭接长度120mm、保护层厚度60mm的无配箍试件,箍筋间距大于80mm的配箍试件,以及混凝土强度大于C40的大部分发生筋拔出破坏。甘肃GRC材料对于直径10mm的试件,搭接长度120mm的大多无配箍试件以及大部分配有箍筋试件为拔出破坏。而直径16mm的试件,个别搭接长度120mm的配箍试件大多发生拔岀破坏。

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。甘肃GRC材料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,甘肃GRC材料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。

发生GFRP筋拉断破坏的主要有以下几种情况。对于直径12mm的试件,个别搭接长度180mm、保护层厚度60mm的无配箍试件和配箍试件,以及搭接长度240mm、300mm、360mm的全部试件均为GFRP筋拉断破坏。甘肃GRC材料对于直径10mm的试件,个别搭接长度120mm的配箍、无配箍试件及搭接长度180mm的所有配箍、无配箍试件破坏为GFRP筋拉断。而对于直径16mm的试件,无筋被拉断的现象。筋拉断破坏属于非黏结破坏,GFRP筋与混凝土的黏结很好,两者间几乎没有发生相对滑移,试件破坏是由于外荷载产生的拉应力超过了GFRP筋的抗拉强度,GFRP筋被拉断而破坏。由此可以看出,保护层达到一定厚度,直径较小、搭接长度较大的试件大多发生筋拉断破坏。根据各级荷载对应的平均黏结应力τ、加载端滑移量S、两自由端相对滑移量S1,可以得到每个试件的加载端黏结滑移曲线和自由端黏结滑移曲线。甘肃GRC材料由于试件超过极限荷载后,数据变化剧烈且很不稳定,人工无法准确读取卸载过程中的荷载值及相应的滑移量,本次试验只得到黏结滑移曲线的上升段。黏结滑移曲线分析中,以两搭接筋自由端相对滑移为主,加载筋滑移仅做参考。

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。甘肃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。甘肃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。

玻璃纤维丝本身的强度和性能随温度的升高逐渐劣化。其中弹性模量的下降幅度不大,这是因为影响GFRP筋弹性模量的主要原因是其中的玻璃纤维丝,在试验温度范围内对玻璃纤维丝弹性模量的影响不大。甘肃GRC材料基体树脂,基体树脂对GFRP筋试件极限抗拉强度、弹性模量和极限应变的影响。室温试验时相同直径的GMP筋试件比GP筋的极限抗拉强度有所降低,降低幅度为70.71%;350℃高温后试验时相同直径的GMP筋比GP筋的极限抗拉强度降低了50.30%;说明基体树脂里加入抗阻燃剂降低了GFRP筋试件的极限抗拉强度。但是GMP筋的弹性模量比相同直径的GP筋的弹性模量有所提高,室温试验时GMP筋的弹性模量比相同直径的GP筋的弹性模量提高了8.75%。也可以知,350℃高温后GMP筋的极限应变比室温时降低了24.29%;甘肃GRC材料室温时GMP筋的极限应变比相同直径的GP筋的极限应变降低了26.65%;350℃高温后GMP筋的极限应变比相同直径的GP筋的极限应变降低了6.28%。直径,实测直径对GFRP筋抗拉强度的影响。从数据可以看出,随直径的增大,GP筋的抗拉强度逐渐增大,室温试验时12mmGP筋比ψ10mmGP筋的极限抗拉强度增加了63.16%。
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