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①对GFRP筋纵向拉伸性能进行试验研究。武汉GRC构件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。武汉GRC构件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。
GFRP螺纹筋经过pH=5的H2SO4溶液浸泡90天后,拉伸强度由602.51MPa上升到610MPa,武汉GRC构件变化幅度为1.2%。弹性模量由41.68GPa上升到44.3GPa,基本保持不变。碱性溶液,将GFRP筋泡在碱性环境[1L水中含有118.5g的Ca(OH)2、0.9g的NaOH和4.2g的KOH,溶液的pH值为12.8,以后每隔1~2周测试一次pH值,均保持在12.5左右。接近于混凝土与水泥砂浆的环境]中3个月(温度变化为0~40℃),检测来看,表面出现较明显的溶胀现象,并伴有发黏、发白的状态。直径12mm和25mm的GFRP筋浸泡3个月前后对比,试验用GFRP筋直径由24.20mm,减少到23.83mm,又2个月后减少到23.74mm;试验用GFRP筋直径由12.25mm,减少到12.19mm,武汉GRC构件又2个月后减少到12.14mm经过测试,研究人员没有发现GFRP筋(乙烯基树脂)在常温情况下,产品力学性能出现明显的降低。盐溶液,为了确认GFRP筋对于氯离子的抵抗能力,采用28mm、由乙烯基酯树脂生产的玻璃纤维筋进行测试,试验条件如下。(1)NaCl溶液的配制,①由130kg水、7.8 kg nacl配制得到浓度为6%的NaCl溶液。②由110kg水、40 kg naCl配制得到饱和NaCl溶液。(2)GFRP螺纹筋的浸泡将GFRP螺纹筋分别放入两种NaCl溶液中常温浸泡,浸泡时间为30天、90天。
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。武汉GRC构件基体树脂,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%;武汉GRC构件室温时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%。
在温度较低时升温速率较大,且100℃、150℃、200℃时温升曲线接近直线,温度高于200℃后温升曲线呈现二次抛物线。武汉GRC构件同样也说明了温度较高时升温速率较小。升温段与ASTM给出的温升曲线是有区别的,且本试验没有测下降段的温升曲线。给出的温升曲线表明温升速率低于20℃/min是满足国家标准的。数据量测和加载制度,本试验主要量测4方面的内容:温度、荷载、与荷载相对应的应变和试件的烧失量,通过荷载可以计算出试件的应力和强度,通过应变可以计算出试件的弹性模量。应变是通过在试件上贴应变片,通过静态应变仪、计算机采集信息,同时试验机可以自动记录整个试件的位移。温度通过温控仪实时显示出来。烧失量通过电子秤在高温前的质量减去冷却至室温时的质量算得。武汉GRC构件当温度升至目标温度并恒温30min钟后,冷却至室温,然后开始加载试验。试验时加载由位移控制,加载速度为4mm/min,至试件断裂破坏,荷载由液压伺服试验机通过计算机实时显示和自动记录。试验现象,表观特征,GP筋的自然颜色为白色,GMP筋的自然颜色为黑色。
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GRC构件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GRC构件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。
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