不同侵蚀环境下GFRP筋抗拉性能退化试验

为研究GFRP（glass fiber reinforced polymer）筋在不同侵蚀环境下的抗拉性能,对侵蚀前后GFRP筋进行了拉伸试验,重点分析了侵蚀环境类别和暴露时间对GFRP筋抗拉性能的影响.采用了两种侵蚀方式:一是直接将GFRP筋浸泡在碱、盐和清水溶液中,浸泡周期为180 d;二是将GFRP筋埋置于混凝土梁内,加载后将梁置于大气和氯盐干湿环境中,周期为366 d.借助扫描电子显微镜SEM（scanning electron microscopy）对埋置于混凝土梁内GFRP筋的微观结构变化及其损伤机制进行了分析.试验及分析结果表明:GFRP筋的抗拉性能随溶液直接浸泡时间的增加出现不同程度的降低,浸泡180 d后,GFRP筋的抗拉强度在碱、盐和清水溶液中分别退化30.0%、21.3%和11.3%;对于混凝土梁内GFRP筋,366 d后其抗拉强度下降约为10%;结合试验结果和SEM微观结构分析,可认为导致GFRP筋抗拉性能退化的主要原因是纤维与树脂基体黏结性能降低.最后,基于Arrhenius模型对GFRP筋在两种侵蚀方式下的抗拉性能退化进行了拟合分析,并对其在碱、盐直接浸泡和混凝土梁内环境下的长期性能进行了预测.     

螺纹GFRP筋与混凝土黏结性能试验与理论计算

为研究螺纹玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与混凝土界面的黏结性能,选用不同直径的GFRP筋材制备3组拉拔试件,标准养护28 d后开展中心拉拔试验.试验结果表明:GFRP筋与混凝土的黏结强度随其直径的增大而增大,拉拔试件的破坏模式和黏结应力-滑移曲线也随之变化;当GFRP筋直径较小(8、12 mm)时,拉拔试件主要发生筋材拔出破坏,但2种直径下的黏结应力-滑移曲线在弹性上升段后存在较大差异,直径8 mm筋材的拉拔试件呈来回波动趋势,且渐趋平缓,而直径12 mm筋材拉拔试件表现为下降后又上升的双曲线模式;当GFRP筋直径较大(16 mm)时,拉拔试件发生劈裂破坏,其黏结应力上升到最高点后迅速下降.最后,基于弹性力学厚壁圆筒理论模型,对不同直径螺纹GFRP筋的黏结破坏面夹角θ进行探讨并提出了黏结强度计算公式,通过与相关试验结果的对比分析,验证了该计算公式对发生筋材拔出破坏的情况具有非常好的预测精度.     

荷载裂缝和养护龄期对混凝土内氯离子传输影响研究

为了分析实际荷载和氯盐侵蚀环境共同作用下开裂混凝土结构的耐久性能,通过弯曲开裂和预压开裂两种方式制备出两类开裂混凝土构件,采用RCM试验法研究了开裂混凝土构件中氯离子的传输特性,并深入分析了荷载裂缝和养护龄期对氯离子传输过程的影响.研究结果表明,裂缝的存在加剧了氯离子在裂缝位置及其周围10 mm范围混凝土内的传输进程,且裂缝对氯离子传输的影响范围随着裂缝宽度的增大而增大;从受弯开裂构件中得到的弯曲开裂试件,当最大裂缝宽度小于0.3 mm时仍可采用RCM法进行传输性能分析,而预压开裂试件的裂缝宽度大于0.12 mm时,已不宜采用RCM法进行分析;随着养护龄期的增加,预压开裂混凝土试件的氯离子传输能力在裂缝周围略有降低,在离裂缝距离超过10 mm后,氯离子传输能力降低明显.综合现有研究结果得出,利用裂缝宽度w的二次多项式函数表征两类开裂混凝土构件的氯离子扩散系数劣化特性是可行的.     

温度老化对GFRP/BFRP筋残余弯曲性能的影响

对玻璃/玄武岩纤维增强复合材料(GFRP/BFRP)筋材在温度老化作用后的弯曲性能进行了试验研究,重点探讨了不同作用温度及恒温时间对不同直径的两类FRP筋材的弯曲性能影响特性,同时采用扫描电子显微镜(SEM)对温度老化作用后部分GFRP/BFRP筋的微观结构变化及损伤机理进行了分析.试验与分析结果表明:(1)温度老化作用后GFRP/BFRP筋材弯曲强度与最大应变随作用温度升高均呈阶段性下降的趋势,而弯曲弹性模量无明显退化,其保留率均在90％以上;(2)温度老化作用后直径较大的GFRP筋材的弯曲性能退化更为明显;且G12筋的弯曲性能保留率退化曲线均高于B12筋,说明BFRP筋的弯曲性能对温度作用更为敏感;(3)在270℃高温环境下,GFRP/BFRP筋弯曲性能随着恒温时间的延长均呈现线性下降趋势;(4)结合试验结果和SEM微观结构分析,可认为造成温度老化作用后两类FRP筋弯曲强度退化的主要原因是纤维与树脂基体间协同工作效果和纤维-树脂基体界面性能的显著降低.最后,结合本试验结果,给出了500℃以内温度老化作用后GFRP/BFRP筋材弯曲强度退化的计算模型以及线性插值预测方法,便于实际工程应用.     

混合配筋钢纤维增强混凝土梁受弯承载力试验及理论计算

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与普通钢筋混合配筋钢纤维增强混凝土(SF/混凝土)梁的受弯性能及其受弯承载力计算方法,在考虑受拉区混凝土抗拉强度的基础上,给出混合配筋SF/混凝土梁的界限配筋率及受弯承载力计算公式;在此基础上设计制作了三种配筋方式的SF/混凝土梁,重点探讨了混合配筋率及筋材面积比(A_f/A_s)对试验梁失效模式和受弯承载力的影响;同时,借助已有相关试验结果,对比分析了混凝土强度对混合配筋SF/混凝土梁受弯性能的影响。试验和对比分析结果表明:混合配筋SF/混凝土梁正截面应变仍符合平截面假定;相同配筋形式下,混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力和跨中挠度随筋材面积比A_f/A_s的增加而增大;单层配筋梁的受弯承载力比双层配筋梁大;合理提高混凝土强度可在充分发挥GFRP筋抗拉作用的同时进一步提高混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力;采用本文给出的界限配筋率公式能有效预测混合配筋SF/混凝土梁的失效模式;梁受弯承载力建议公式的预测值与试验值吻合较好,具有良好的适用性。