gfrp 筋混凝土圆截面构件抗弯性能研究

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1、GFRP筋混凝土圆截面构件抗弯性能研究第1章绪论1.1引言在有些条件下，传统建筑材料难以满足这种发展要求。纤维增强复合材料（fiberreinforcedpolymer，简称FRP）具有抗拉强度高、自重轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐久性好、热膨胀系数与混凝土相近、设计和施工面广等多种优点[1]，在土木工程中的应用有着巨大的优越性。根据增强体的种类，FRP可分为玻璃纤维增强复合材料（GFRP）、碳纤维增强复合材料（CFRP）、芳纶纤维增强基复合材料（AFRP）等类型。在FRP的生产工艺中，拉挤成型工艺因为其价格低，

2、可批量生产任意截面形式的产品而得到了广泛的应用。同样地，玻璃纤维增强复合材料，又称玻璃钢，也因其相对较低的造价，在土木行业得到了最为广泛的应用。这种材料从20世纪40年代问世以来，在航空、航天、船舶、汽车、化工、医院和机械领域得到广泛的应用[2~6]。根据GFRP筋的力学特性，并兼顾基坑工程应用特征，GFRP筋相比钢筋而言在绿色环保、资源节约、经济性等方面都具有一定优势。但是目前对于GFRP筋在基坑支护，尤其在排桩这种使用广泛的临时性结构中的应用研究，还相当有限[7~8]。同时，由于缺少行业标准和设计规范

3、，目前国内完成的工程实例较少，缺乏工程实践积累，难以提出完整系统的施工方法和工艺，从而导致GFRP筋在基坑工程中的应用受到阻碍。鉴于上述原因，研究配置GFRP筋的圆形截面混凝土构件的受弯性能与破坏机理，提供其应用于基坑工程以及编制相关规范的理论依据，对推动GFRP筋在基坑工程乃至其他土木行业的推广应用起着非常重要的作用。1.2GFRP筋及GFRP筋混凝土结构GFRP筋是一种高性能纤维复合材料，是通过拉挤工艺把纤维和树脂基体两种不同性质、不同形态的组分材料复合在一起，固化形成一种性能优良的复合材料，其工艺流

4、程图见图1-1。其中树脂基体称为基体相，主要起粘结胶合和传递剪力作用，其主要有聚酯树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂等不同类型。连续纤维称为增强相，其在复合材料中起增强作用，是主要的承力组分。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的品种、性能、含量及使用状态。纤维增强材料种类很多，总体上可分为无机增强材料（如碳纤维、玻璃纤维、硼纤维等）和有机增强材料（如芳纶、聚酯纤维等）。无机增强材料玻璃纤维以其轻质、高强、耐腐蚀等优点成为GFRP主要采用的增强材料。结构工程中，GFRP筋材、GFRP棒材中纤维的体积含量一般为60

5、％～65％，重量比约占70％～80％；纤维含量越高，GFRP筋的强度也越高，但挤压成型越困难[9]。作为混凝土结构配筋用的GFRP筋的外形有光圆、螺纹、矩形、花辨式、绞线式等形式。第2章GFRP筋材力学性能试验研究2.1引言GFRP筋作为非金属的纤维增强聚合物筋，因具有高强、轻质、耐腐蚀和耐疲疗等优点，而被认为是替代普通钢筋和预应力钢筋用在腐蚀环境和特殊环境的最佳选择之一。同时，GFRP筋是由高性能玻璃纤维经过基底树脂材料热塑固化成型的，力学性能具有明显的各向异性和很大的离散性。因此，通过总结国内外一些经

6、验和借鉴类似的规程来测定GFRP筋的抗拉强度、抗剪强度、弹性模量是十分必要的。在进行GFRP筋混凝土梁受弯性能研究之前．有必要对GFRP筋材料性能及其测试方法进行研究。以期深入了解筋材的材料性能，其测试结果也为后续各章的理论分析和试验研究提供依据。2.2试件准备和试验方法拉伸性能试验依据美国ACI440.3R-04[38]有关试验标准，杆体中间段随机取40d（d为GFRP筋直径）长的试件，两端300~500mm用胶粘剂粘接在与之匹配的螺纹锚具内，使粘接强度大于杆体抗拉强度。为了局部增加粘结效果，在筋材端部

7、进行喷砂处理，试件锚固后放置1周，待达到粘结强度后进行试验。在温度(23±3)℃，相对湿度(50％±l0％)的标准试验环境下制作试样、储存试样、调节试样和进行试验。采用电液伺服万能试验机进行拉伸试验，测定杆体抗拉强度并用引伸计测定杆体应变从而计算其弹性模量，加载采用位移控制方式，速度为0.001mm/s。本次试验所用的新型变截面螺纹锚具见图2-2，拉伸试验装置图见图2-3所示。2.3试验结果与分析2.3.1试件破坏形态从大量拉伸试验的过程来看，GFRP筋材拉伸后的破坏形态分为3

8、种：(1)试件树脂拉裂，纤维部分拉断，整个试件破坏断面呈现劈裂破坏形式；(2)试件端部夹持部位局部被夹断，试件滑移出夹头；(3)试件从变截面处脱层，小直径部分直接从大直径部分中抽出，使大直径部分成为一个空心圆筒，呈现层剪破坏。其中，第1种破坏形态是有效破坏，第2、3种破坏形态为无效破坏，在试验过程中为了避免出现这样的破坏，研究新型钢制螺纹锚具并采用环氧树脂在湿度合适的条件下进行锚固。试件在破坏过程中，荷载值一直平稳在增大，到加