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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。洛阳斗拱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。洛阳斗拱硬质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。
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。洛阳斗拱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。洛阳斗拱当荷载增长至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。
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。洛阳斗拱高温作用下,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。洛阳斗拱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。
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。洛阳斗拱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。洛阳斗拱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。
当温度达到300℃时,破断处的GMP筋有部分纤维被拉毛;温度达到350℃时破断处也为蓬松的絮状物。洛阳斗拱说明:①温度高于350℃时黏结胶体已经完全炭化,降温后胶体的黏结性能将不能恢复;②加入阻燃剂对GMP筋高温性能影响不是非常明显,温度低于300℃时破断处的纤维被拉毛的情况较GP筋相同温度少些,但当温度高于350℃时阻燃剂的加入对GMP筋的抗高温性能没有明显的改善。影响因素分析,采用贴应变片的方法量测GFRP筋的应变,只能量测60%~80%极限荷载对应的应变。弹性模量一般取为10%~50%极限荷载对应应变时的弹性模量。是GFRP筋室温和高温后的应力应变曲线。从图中可以看出:室温与高温后的应力-应变曲线相似,直至试件破坏前,这些试件的应力应变曲线基本是呈理想的线弹性,由于应变片只能测得60%~70%极限荷载对应的应变,所以没有下降段。洛阳斗拱GFRP筋极限抗拉强度和弹性模量以及极限应变的计算方法参照文献中采用的计算高温后GFRP筋的残余极限抗拉强度采用与常温下相同的方法。荷载变形曲线初始直线段(10%Pb~50%Pb)的荷载增量。
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