正常工作应力水平下GFRP筋长期蠕变性能试验研究.pdf

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1、垫堑』墅期【墼筮!坠翅l江酉塞挝廑围班窒正常工作应力水平下GFRP筋长期蠕变性能试验研究■孙传福，房银城．孙璨+●东莞理工学院建筑工程系，广东东莞523808摘要：蠕变是固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。实验采用杠杆原理的中长期持荷装置对GFRP筋进行加载，对工作应力水平下GFRP筋长期蠕变性能的发展变化进行了为期500多天的跟踪持荷测试。实验结果表明，GFRP筋材在长期正常工作应力作用下的蠕变效应发展变化幅度较小，工作性能基本保持稳定。关键词：GFRP筋蠕变长期加载工作应力1引盲随着科技的发展，不同种类的纤

2、维增强复合材料逐渐从航天领域向建筑工程领域延伸。国内外已有的研究成果及广泛共识认为，将玻璃纤维增强复合材料筋(GFRP筋)合理地应用于新建混凝土结构特别是桥梁结构设计中替代易锈蚀的钢筋是可行的，这也是在工程领域中应用和发展新型、环保、高性能建筑材料的基本趋势之一。早期研究已发现，GFRP筋存在长期蠕变行为。最早用于粘弹性材料FRP蠕变效应的理论模型由Findley(1960)基于能量原理并考虑恒温及线性粘弹性性质提出；随后不少学者在此基础上通过试验对Findley模型中的时间参数、材料参数等进行了多次修正。而目前关于GFRP筋长期蠕变

3、性能的观测研究数据多来自较短期的试验，如Spence通过短期试验数据推出FRP筋持荷10年后的蠕变应变可达9000微应变等‘1J。在长期蠕变试验资料不足的情况下，国内外相关规范或指南中，为防止筋材长期蠕变断裂，多对FRP筋在混凝土结构中的长期工作应力水平进行了较严格的限定，如ACl440．1R一06旧1中GFRP考虑蠕变断裂的应力水平折减系数取0．20，我国规范GB50608—2010【3J则相应建议为0．286(1／3．5)。然而，KLaoubi等【4。51对2l根磨砂GFRP筋混凝土梁在冻融循环(360次)和持荷状态下(360天)

4、筋材蠕变及构件耐久性进行的试验研究则表明，混凝土中筋材蠕变应变小于初始应变的2％(筋材应力水平为ACl440．1R一06中建议限值的2．33倍)。那么，若依ACl440．1R一06等现行规范指南建议考虑正常使用状态下混凝土粱中FRP筋的蠕变效应是否偏于保守呢?事实上，ACl440委员会已说明尚需更多长期试验数据以检验现有的FRP筋蠕变效应模型及相关限值。可见，在FRP筋混凝土梁长期性能分析中考虑筋材的蠕变效应，需通过最长不少于8000小时(ASTMI)302006建议)的长期试验建立适用的FRP筋蠕变效应模型及蠕变断裂预测公式。基于以

5、上研究背景，本文开展了GFRP筋在正常工作应力水平(不高于50％ff，ff为GFRP筋极限受拉强度)下长期应变的跟踪实测，重点研究GFRP筋在持续应力水平下的蠕变效应发展规律。2长期蠕变试验内容及方法2．1耐久性GFRP筋材选型及基本性能测试课题组会同长期合作单位“德士达建材(广东)有限公司”的产品工程师确定了长期试验采用的适于永久性结构的乙烯基酯树脂体系肋纹GFRP筋(DextraAsian100)，并通过初始测试试验获取了GFRP筋实际截面尺寸、初始强度、弹性模量及组分比例等基本参数。2．2GFRP筋材长期蠕变试验方案本项目研究将

6、通过开展长期试验研究，总试验周期约1．5年，跟踪测试并记录GFRP筋材长期实际工作状态及性能数据，全过程记录筋材应变时随曲线，及时记录发生蠕变断裂的筋材应力水平及断裂时间，验证现行规范中相关建议取值的可靠性、准确性，丰富GFRP筋长期效应的研究资料。具体试验参数及方案如表l。表1主要试验参数及加载数据类目参数或型号筋材数量4根·6·类目参数或型号筋材标号10mm筋材抗拉强度785MPa筋材截面积71．8mm2‘筋材弹性模量58768MPa长期荷载24．2kN持荷量级42．9％ff加载周期2014．7．13—2015．12．10(510

7、天)测试仪器基康振弦式应变计2．3长期试验加栽装置本试验中长期持荷装置设计采用杠杆原理，保持荷载恒定，并降低荷载量需求，筋材长期变形数据采用振弦式应变采集系统进行长期跟踪采集，如图l所示。田1筋材蠕变试验测试装置设计方案田2实际加最状态圈由于加载后容易造成实验装置的失稳，为保证实验的顺利进行，将实验装置进行了改进，在竖向钢板两边增加两根斜撑，并在杠杆末端增加水平伸臂支撑，为实验装置安装及避免发生失稳带来提供有效保护。实际制成装置如图2所示。3长期试验结果分析通过课题组设计的杠杆装置对GFPR筋试件开展了5lO天(约12240小时)的长

8、期稳定加载，并进行同步的筋材应变发展观测。截至目前的实测值及筋材应变发展趋势如图3及表2所示。55∞S∞045∞制倒曩400035∞3∞0200300400500天鼓长期应变观测值(tE一6J3埘围O表2长期应变发展趋势