gfrp筋粘结性能与作用机理研究

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1、GFRP筋粘结性能与作用机理研究第1章绪论1.1选题背景近三十年来，材料科学发展突飞猛进。纵观材料科学发展史与现状，科学技术的进步总是伴随着新材料的发现和应用。在土木工程领域中，建筑材料的发展在推动整个建筑领域的前进和发展过程中同样也起到了不可磨灭的作用。近年来，随着科学技术的发展和社会的进步，人们对建筑材料有了更高、更严、更多、的需求。在许多实际工程中，传统的建筑材料已不再能满足我们的需要。纵观土木工程建筑材料的发展历程，从过去的砖石结构、木结构到现在的砖混结构、钢筋混凝土结构及钢结构等发展进步的过程无一不与使用性能各异的建筑材料的变革

2、紧密相联[6]。近年来，为了能够解决城市发展的诸多问题，开发利用城市地下空间已经成为城市可持续发展建设的必然趋势。由于土钉支护具有技术成熟、经济可行且施工简便施工工期短等优点，使得土钉在基坑支护，基坑开挖过程中得到了大力的推广和广泛的应用。但是，钢筋作为土钉的筋体材料。其耐腐蚀性差，使得钢筋土钉的使用寿命大大缩短。此外，钢筋土钉在拆除过程中也给施工过程带来了很大的麻烦，这使得人们着手于利用新型复合材料来代替钢筋。对城市地下空间的发展已经成为世界各地的发展潮流和导向，在国内的一二线城市中，高层建筑多层地下室、地下停车库、地下商场等基础设施也

3、非常的常见。基于GFRP筋（玻璃纤维塑料增强筋）质量轻、强度高、耐腐蚀性能好，并且易于切割与拆除的特点，GFRP筋代替钢筋被广泛应用到锚固工程领域[7]。论文的研究和开展是在国家自然科学基金项目FRP土钉静动态力学性能与作用机理研究（51278391）以及湖北省教育厅优秀中青年人才项目纤维复合锚杆材料性能与应用研究（Q20121111）的资助下，完成对GFRP的组份、拉伸力学性能、粘结性能以及粘结力分布规律的室内试验与分析。在十二•五规划期间，高性能复合材料被作为重点支持的六类产品之一，故选择满足支护要求的绿色环保、轻质高强的纤

4、维复合材料是顺应社会发展的趋势所向。而在即将到来的十三•五规划中，高性能复合材料发展的重点讲将放在对材料相关产业的配套支持，助力早日实现一代材料，一代器件，一代系统的设计理想。本项目研究将为GFRP土钉支护的产品开发与应用提供理论基础与技术支持。..1.2GFRP土钉简介GFRP筋就是被大众所熟知的玻璃钢，是由玻璃纤维和聚合物基体复合而成的一种新型材料，占聚合物基复合材料相当大的比重[8]。大多数GFRP筋所采用的玻璃纤维直径约为30μm左右。GFRP筋中的玻璃纤维直径愈小，其整体性能将越好。玻璃纤维的原材料大多都是二氧化

5、硅（SiO2），并在其中掺入钙、硼、钠、等金属或者非金属的氧化物而制成的。玻璃纤维的化学含量的不同能够一定程度的决定其物理、化学性能[9-10]。玻璃纤维的分类一般是按原料含碱量的不同来区分的[11]：（1）无碱玻璃纤维（通称E玻璃）：玻璃纤维的主要成分是钙铝硼硅酸盐，此类玻璃纤维具有较高的强度，较好的耐热性和优良的电性能，与此同时，E玻璃能抗大气侵蚀，化学性能也较为稳定（但酸性条件会发生腐蚀），其最大的特点是具有良好的电性能，因此人们将它称为电气玻璃。国内外大多数的复合材料的原材料都是用的这种E玻璃。（2）中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量

6、在11.5%~12.5%之间的玻璃纤维。这种玻璃纤维在国外使用的不多，但此种玻璃纤维的主要特征是具有较好的耐酸性，然而其强度不及E玻璃纤维。它被主要用在需要耐腐蚀环境中，并且价格也较为便宜。（3）有碱玻璃（A玻璃）纤维：有碱玻璃的成分与日常所用的窗玻璃和玻璃瓶的钠钙玻璃较为相似。但此类玻璃纤维有着很明显的缺陷，较高的含碱量，强度也低，并且对潮气的侵蚀相对较为敏感，故较少用它作为增强材料。..第2章GFRP筋力学性能及拉伸试验2.1剪滞理论GFRP筋中的玻璃纤维在受拉过程中的的破坏往往是从带有缺陷的弱纤维开始的。当筋体中的部分纤维发生断裂并

7、形成裂纹后，该部分附近的纤维与基体将会发生局部的应力扰动而形成集中应力。通过采用剪切滞后的理论建立一种简化模型来分析和解决这种应力重分布的现象。Hm。按《玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法》（GB/T2577-2005）中的烧失法进行GFRP筋体的树脂含量和玻璃纤维含量测试。将GFRP筋完全燃烧后可得到残余的玻璃纤维丝，如图2.4所示，通过悬挂法测得的φ12GFRP筋密度为所有直径的GFRP筋密度中的最大值，约2.2g/cm3，随着GFRP筋直径增大，筋体密度有略微减小的趋势，测得φ25GFRP筋的密度为所有直径的GFRP筋

8、的最小值约为2.0g/cm3。利用液体置换法测得玻璃纤维的密度约为2.7g/cm3，若暂不考虑杂质等因素对结果的影响，就可得到玻璃纤维与基体在GFRP筋中的含量参数，如表2.1。随着拉拔荷载的