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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。重庆GRC构件日前有关高温后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。重庆GRC构件试验方法,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。
尤其是保护层厚度从45mm增至60mm,破坏形态从劈裂破坏变化为筋拔出破坏,黏结强度增加显著。重庆GRC构件搭接长度为180mm时,混礙士保护层厚度从30mm变化到60mm,黏结强度依次增加了1.9MPa、2.52MPa,增长率分别为29.19%、3.71%。混凝土保护层厚度从30mm变化至45mm时,黏结强度显著增大,由45mm增至60mm时,增加较小。分析其原因,从混凝土保护层厚度45mm的全部试件劈裂破坏到6mm的部分试件劈裂破坏、部分试件筋拉断破坏,发生的都是非黏结破坏黏结强度均未达到黏结破坏的极限值。混凝土保护层增大,加强了GFRP筋外围混凝土的抗劈裂能力,保护层达到一定厚度时,试件的破坏形态随之变化,非黏结破坏转变为黏结破坏,从而显著提高了试件的黏结强度。混凝土强度,不同混凝土强度的试件GFRP筋与混凝土间的黏结强度变化规律。从中可以看出,黏结强度随着混凝土强度的提高而提高。重庆GRC构件对于搭接长度为120mm的试件,混凝土强度从C30变化至C35,黏结强度增加1.99MPa,增长率为20.45%,增长显著;强度从C35变化至C40时,黏结强度增加2.43MPa,增长率为24.97%,增长较少。
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。重庆GRC构件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。重庆GRC构件硬质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。
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,重庆GRC构件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。重庆GRC构件基于此,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。
1mmGP筋的极限应变先随温度升高而降低,100℃时降至整个试验温度范围的最低点,重庆GRC构件随后开始逐渐增大,350℃时达最大值,比常温时增加了36.66%;10mm GMP筋极限应变先随温度升高小幅增大,100℃时达最大值,随后逐渐降低,300℃时降至最小值,比常温时降低了38.33%;小12mmGP筋的极限应变温度低于300℃时和常温相差不多,350℃时极限应变急剧降低,比常温时降低了44.12%。350℃高温后GFRP筋极限抗拉强度维持在室温时的80%以上,但是由于到达此温度时GFRP筋已经变得极为柔软,刚度很小,弹性模量不足常温时的70%,所以即使高室温后极限强度有所恢复,建议GFRP筋的耐高温极限仍然不能高于300℃。可以看出:GFRP筋的极限荷载、极限抗拉强度、平均拉伸弹性模量和极限应变在温度较高时比常温低。重庆GRC构件造成GFRP筋强度、弹性模量和极限应变降低的主要原因有3方面:①黏结胶体随温度的升高逐渐玻璃化、炭化和热分解,导致对抗拉强度的贡献逐渐减小乃至丧失;②黏结胶体黏结作用的降低导致GFRP筋纤维丝协同受力的能力下降,最终导致GFRP筋性能的劣化。
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GRC构件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GRC构件当荷载增长至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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