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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。武汉假山日前有关高温后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。武汉假山试验方法,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。武汉假山搭接长度为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。武汉假山对于搭接长度为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。
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。武汉假山搭接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。武汉假山在对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。
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。武汉假山对于直径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。武汉假山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。
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。武汉假山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。武汉假山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。
大量新型建筑料广泛应用,以及燃器、电器的普遍使用,建筑物的大规模化和功能的复杂化,导致火灾的因素随之增加,火灾规模也日趋扩大,大大增加了建筑物发生火灾的可能性且使火灾危害性更加严重。武汉假山高温作用下,材料性能受到不同程度的损伤,混凝土的强度和弹性模量随着温度而降低,钢筋虽有混凝土保护,但强度也会降低。若结构的环境温度升高很多,或度发生周期性变化时,结构会因使用性能下降或承载力下降而失效,发生局部破坏,整体倒塌。目前,国内外对钢筋的高温力学性能的研究较多,和钢筋相比,FRP筋材料热稳性较差,更不耐火。FRP筋是由高强连续纤维通过胶体黏结成的复合材料,当承受外部荷载时,众多黏合在一起的纤维丝可以均匀受力,共同工作性能良好。黏结胶体是高分子材料,对高温比较敏感,高于一定温度会产生玻璃化和炭化,从而导致黏结作用退化和丧失。武汉假山并且高于一定温度时,处于高温环境中的连续纤维丝的性能也会发生不同程度的变化,连续纤维材料的性质也变得不稳定。
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