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①对GFRP筋纵向拉伸性能进行试验研究。兰州混凝土挂板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。兰州混凝土挂板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。
由此可以看出,GFRP筋直径较小,搭接长度较短,混凝土强度较高,保护层达到定厚度的试件大多发生拔出破坏。兰州混凝土挂板劈裂破坏,劈裂破坏是因为GFRP筋肋与混凝土形成机械咬合,拉拔力在混凝土中产生环向拉应力所致,是GFRP筋周围混凝土纵向劈裂使GFRP筋被拔出的破坏形式,故其实质是周围混凝土的劈拉破坏,而不是GFRP筋的搭接错固破坏,其最大破坏荷载小于GFRP筋与混凝土黏结破坏极限荷载。发生劈裂破坏的无配箍试件,在对拉力较小时,玻璃纤维开始断裂,间断发出“啪啪”声,加载筋首先开始滑移,而后不久,自由端也开始滑移,但滑移量都很小。随荷载逐渐增大,断裂声变得密集且声响增大,滑移量也不断增大。直到荷载接近峰值时,混凝土表面仍未见肉眼可看到的裂缝。达到极限荷载,裂缝突然贯穿混凝土表面,同时发出剧烈的劈裂声。兰州混凝土挂板FRP筋直径16mm的混凝土试件甚至崩裂为散开的三块或四块,压力表读数急卸至0,表现为明显的脆性破坏。发生劈裂破坏的配箍试件与无配箍试件有明显的不同之处,即在最,后劈裂时,无配箍试件伴随一声“嘭”的巨响,裂缝贯通劈裂,裂缝宽度较大。
两搭接筋黏结-自由端相对滑移曲线和黏结-加载端滑移曲线有类似的变化趋势,随荷载增大,曲线由线性向非线性过渡。兰州混凝土挂板自由端在荷载较小时,无相对滑移,而加载筋产生滑移较早。荷载继续増加趋近极限荷载时,GFRP筋与混凝土之间的滑移量继续增大且增速加快,黏结-滑移曲线出现明显转折且逐渐趋于平缓。黏结强度影响因素分析,搭接长度,不同搭接长度试件的GFRP筋与混凝土间的黏结强度变化规律。从中可以看出,黏结强度随搭接长度的增加而降低。显示了直径12mm,混凝土强度等级C35,搭接长度60mm(5d)~360mm(30d),以60mm(5a)梯度变化的无配箍试件黏结强度。兰州混凝土挂板搭接长度为60~180mm时,黏结强度随搭接长度的增加而降低,降低趋势明显,变化幅度较大;而当搭接长度为240~36omm时,黏结强度随搭接长度的增加而降低的幅度有所减小。与变形钢筋与混凝土的黏结类似,GFRP筋与混凝土之间的黏结应力在整个搭接长度范围内分布不均匀,并且搭接长度越大,黏结应力的分布就越不均匀。当发生黏结破坏时,平均黏结应力与最大黏结应力值相差越远,从而造成GFRP筋与混凝土之间的平均黏结强度随搭接长度的增加而降低。
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,兰州混凝土挂板随后开始逐渐增大,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。兰州混凝土挂板造成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。
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