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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。湖北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。湖北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。
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。湖北GRC构件搭接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。湖北GRC构件在对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。
在GFRP筋接近破坏时,可以明显看到表面部分纤维東也逐渐被拉断,随着断裂纤维束的增多,GFRP筋中部突然发生“爆裂式”破坏,破坏部位纤维呈发散状,同时飞散岀许多细小纤维,此时试验结束,试件呈现明显的脆性破坏特征。湖北GRC构件100℃、150℃、200℃高温后的试验现象和破坏形态与常温下相似,临近破坏前的响声减弱,但破坏时的声音却仍然很大,伴随着“啪”的一声爆响,试件突然破坏;破坏处仍为发散状,说明玻璃纤维丝之间在温度降至室温后又恢复了部分黏结性能,可以协同受力。温度升至250°C、300℃C时,断口处的GP筋颜色从白色逐渐变为焦黄色,但在250°C时仍然较浅;随着温度的升高,破坏处夹杂的絮状物逐渐增多,当试验温度为300°C时,破坏处的条状物已经明显减少,稍显蓬松的絮状物增加。湖北GRC构件这些现象说明,GP筋的黏结胶体由外至内逐渐玻璃化、分解,降低了对玻璃纤维丝的黏结作用,玻璃纤维丝协同工作的能力下降。断口处颜色呈褐色,夹杂少许絮状物,说明黏结胶体在降温后黏结性能有所恢复。
配箍试件劈裂基本无声响,试件表面细小裂缝从出现到延伸贯通历经几级加荷,达到峰值荷载时,压力表显示读数迅速下降接近0力且无法再次加上,混凝土表面裂缝宽度较无配箍试件破坏时小很多,如图521所示,表现出一定延性性质。湖北GRC构件此外,无论配箍还是无配箍劈裂破坏试件,GFRP筋表面均有明显的磨损,筋与混凝土的咬合齿未完全被剪坏,孔壁GFRP筋肋轮廓形状还比较清晰,由此可说明破坏时GFRP筋并未沿纵向产生较大滑移。发生混凝土劈裂破坏的主要有以下几种情况。对于筋直径12mm的试件,搭接长度120mm、混凝土保护层厚度30mm和45mm的全部试件以及个别保护层厚度60mm的无配箍试件发生混凝土保护层劈裂破坏。此外,混凝土强度为C30,以及配箍试件中,箍筋间距大于60mm的大部分试件也发生劈裂破坏。搭接长度180mm的试件,其破坏形态大部分与搭接长度120mm的相一致,只是随搭接长度的增大,个别试件承载能力超过GFRP筋的好的极限抗拉强度时筋被拉断。湖北GRC构件对于直径10mm的试件,搭接长度120mm和180mm的均无劈裂破坏现象。
但由于黏结胶体此时的热分解和炭化已较以前严重,玻璃纤维丝之间的黏结性能很大一部分不能恢复温度升高至350℃后,破断处为蓬松的絮状物,说明温度高于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。湖北GRC构件为了研究恒温时间长短对GP筋材试件的影响,对300°C时不同受火时间的GP筋材高温后的力学性能进行了试验研究。试验过程中发现,GP筋高温试验段外部玻璃纤维丝呈黑色,并且随恒温时间的增加,GP筋试件破断处的蓬松扇子絮状物逐渐增加。恒温90min时已经很容易看到很多毛茸茸的絮状物,由外及内逐渐变浅,内部为浅黄色,具有明显的层次感,此时外部颜色已经很深,呈炭黑色;恒温120min时GP筋破断处的絮状物明显较以前多,但仍是外部颜色深,向内变浅,很有层次感,此时内外的颜色已经很接近,说明此时GP筋高温段的热分解和炭化已经很严重。湖北GRC构件从这些现象可以看出:在300℃(恒温120min)GP筋中的黏结胶体已经大部分丧失了黏结能力,但外层纤维的炭化程度较重。GMP筋在温度低于300℃时的破坏型式和室温时的破坏型式相同。
能够自动测量抗扭强度、屈服点,配备扭转计可测量切变模量、规定非比例扭转应力,而且能够自动记录扭矩与转角的曲线。湖北GRC构件试验机配有全数字测量控制系统,性能稳定,精度高。所用抗扭试件,使用的是肋间距为27mm,缠绕物分别为尼龙绳和玻璃纤维带的两种GFRP筋。试验现象,对于尼龙绳缠绕的GFRP筋进行测试时,当抗扭试验机逐步增加扭矩的过程中,筋材表面会逐渐出现一些细小的裂痕,当扭矩达到一定程度时,试件会突然破坏并出现严重的扭曲,甚至变成“麻花状”;对于玻璃纤维袋缠绕的GFRP筋,刚开始加载时与一般GFRP筋材相差无几,在达到规定的扭矩时玻璃纤维带缠绕的GFRP筋在破坏前会保持相当长的一段时间,即将破坏时,先发生缠绕带的断裂剥落,緊接着整个筋材发生破坏,形成以近似的“屈服平台”,这将有利于锚杆支护中锚杆的嵌入与防损坏。湖北GRC构件表面缠绕尼龙绳的GFRP筋不能达到行业标准规定的P筋材的抗扭力矩应达到的40N·m,用玻璃纤维带缠绕的GFRP筋则都能达到40N·m;缠尼龙绳的GFRP筋几乎都是在达到最大扭矩时发生脆性破坏,没有一个近似“屈服平台”,这对于锚杆支护的应用不利。
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