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.     

高温作用后GFRP筋与海水珊瑚混凝土粘结性能试验研究

为了研究高温后玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋与海水珊瑚混凝土的残余粘结性能,对54个GFRP筋珊瑚混凝土试件及钢筋珊瑚混凝土对比试件进行了高温作用后的中心拔出试验,最高温度为350℃,混凝土强度等级考虑C20～C30。观察了高温后试件的表观变化及粘结破坏形态,获取了各试件的粘结-滑移曲线、粘结强度、粘结刚度和峰值滑移量,分析了不同温度、GFRP筋直径、海水珊瑚混凝土强度等因素对高温后GFRP筋与海水珊瑚混凝土粘结性能的影响。基于烧失率和XRD分析,剖析了GFRP筋海水珊瑚混凝土的高温劣化机制。最后,提出高温后GFRP筋与珊瑚混凝土的剩余粘结强度计算式和粘结-滑移本构模型。研究结果表明：高温作用后,尽管GFRP筋与珊瑚混凝土的粘结破坏形态与常温相似,GFRP筋的碳化和珊瑚混凝土的分解使得二者界面发生显著劣化;随着温度的提高,GFRP筋与珊瑚混凝土的粘结强度逐渐降低,峰值滑移量增大;GFRP筋直径越小,高温后的剩余粘结强度和剩余粘结刚度越小;珊瑚混凝土强度等级越高,剩余粘结刚度越大,峰值滑移量越小。所提出的高温后GFRP筋与珊瑚混凝土剩余粘结强度和粘结-滑移本构关系计算结果与试验结...     

海水浸泡对FRP筋-珊瑚混凝土粘结性能的影响

开展了30℃海水浸泡条件下玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）筋、碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）筋与珊瑚混凝土粘结性能的试验研究,分析了纤维增强树脂基复合材料（FRP）筋-珊瑚混凝土粘结滑移曲线特征、破坏形态及粘结强度变化。试验结果表明,海水浸泡后FRP筋力学性能和粘结性能均表现为不同程度的降低。随浸泡时间增加,GFRP筋表层树脂与纤维间的孔隙率明显增大,并逐渐出现脱粘现象,纤维本身遭受到侵蚀,而CFRP筋仅表面基体有少许损伤,其耐久性明显优于GFRP筋;FRP筋-珊瑚混凝土粘结强度呈现出先增加后减小的趋势,且后期下降速率逐渐变小,部分GFRP筋-珊瑚混凝土试件的破坏模式逐渐由筋被拔出转变为筋材断裂;增加保护层厚度能有效地减缓海水对GFRP筋的侵蚀,有利于保持GFRP筋-珊瑚混凝土间的粘结性能。     

GFRP筋的拉伸性能劣化对其与海水海砂混凝土粘结性能的影响

研究了玻璃纤维增强树脂基复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋的拉伸性能劣化对其与海水海砂混凝土(Seawater sea-sand concrete,SSC)粘结性能的影响。采用10 mm直径的GFRP筋,测试了3种不同温度下模拟SSC孔溶液中GFRP筋的拉伸强度随其浸泡时间的变化规律;并通过拉拔试验测试了经上述劣化后GFRP筋和SSC界面的粘结性能,分析了界面的破坏形态、粘结-滑移曲线特征及粘结强度的变化规律。试验结果表明：随着模拟SSC孔溶液中浸泡时间的增加,GFRP筋的拉伸强度逐渐降低。与未经浸泡的GFRP筋相比,在23℃、40℃和60℃下浸泡3个月后的GFRP筋的拉伸强度分别降低25%、29%和48%。GFRP筋的拉伸性能劣化会导致其与SSC界面的粘结强度下降。与未经浸泡的GFRP筋相比,在23℃、40℃和60℃下浸泡3个月后的GFRP筋与SSC的界面强度分别下降了8%、19%和38%。     

BFRP筋钢-混组合梁高温后力学性能试验

设计了常温(25℃)、200℃、400℃和600℃四个工况，通过模型试验方法探究了玄武岩纤维增强树脂复合材料(Basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋钢-混组合梁高温后的破坏形态和力学性能。通过分析试验梁裂缝开展、挠度变形、温度场和破坏过程规律，研究BFRP筋和普通钢筋钢-混组合梁的破坏模式和承载能力。结果表明：经历400℃高温后，BFRP筋劣化导致力学性能大幅降低；筋体膨胀导致混凝土板开裂，其裂缝开展与普通钢筋钢-混组合梁显著不同，主裂缝沿横向筋材规律开展，且裂缝较宽。温度低于400℃时，由于混凝土的包裹，BFRP筋未达到劣化温度，两种钢-混组合梁承载能力和外观差别较小；600℃后，BFRP筋劣化，削弱了混凝土板刚度和强度，导致BFRP筋钢-混组合梁承载能力比普通钢筋钢-混组合梁降低更多；BFRP筋钢-混组合梁因整体刚度较小，加载后变形更大。高温后两种钢-混组合梁破坏模式相似，均为剪切破坏，有明显弹性、弹塑性和破坏阶段；600℃时，两种钢-混组合梁延性大幅降低，塑性变形减少，破坏较为突然。研究成果可为BFRP筋在钢-混组合梁中的应用提供参考。     

GFRP带肋筋粘结性能试验研究

利用拉拔试验,研究玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋与混凝七的粘结性能,确定GFRP带助筋的最佳外形,构建GFRP带肋筋与混凝土的粘结滑移本构关系模型.试验变量包括筋直径、肋间距和肋高度.试验结果表明:GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度显著提高;粘结强度随GFRP带肋筋直径的增大而降低;试件的破坏形式为GFRP带肋筋肋间混凝土的剪切破坏,以及肋表面的轻微磨损;不同的肋参数,如肋间距、肋高度等,对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著.通过对试验数据的分析可得,机械咬合力是GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度的主要组成部分;剪切滞后现象反映了直径对GFRP筋粘结性能的影响;楔块效应反映了肋参数对GFRP筋粘结性能的影响;GFRP带肋筋的最佳肋间距为筋直径的1倍,最佳肋高度为筋直径的6%,此结果可为GFRP带肋筋的规模化生产及工程应用提供理论依据;新构建的粘结滑移本构关系模型能较好地反映GFRP带肋筋的受力全过程.     

高温后CFRP筋及其粘结式锚固系统的力学性能

为明确高温后碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋材及其粘结型锚固系统的力学性能,以筋材的处理温度为试验参数,完成了12个筋材试件的轴向拉伸试验;以粘结式锚具的处理温度和粘结长度为试验参数,完成了36个试件的锚固性能试验。结果表明:对于筋材轴向拉伸试件,处理温度为100℃时,筋材静力性能与常温试件相比未发生明显变化,筋材经历200℃和300℃温升作用后,其抗拉强度、弹性模量和极限拉应变较常温试件分别下降了6.4%、8.2%、3.8%和16.6%、18.3%、8.3%;对于锚固性能试验,试件的粘结强度随处理温度和粘结长度的增加而降低,粘结长度一定时,处理温度为200℃与300℃试件的粘结强度较常温试件分别下降了31.5%~36.3%和44.2%~47.4%。建立了适于分析高温后CFRP筋轴向拉伸性能、粘结型锚固系统粘结强度及临界锚固长度的实用计算公式,且具较高精度。      

全玻璃纤维增强树脂筋混凝土电缆排管的抗弯试验

提出了采用全玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）筋混凝土电缆排管代替传统的钢筋混凝土电缆排管,该结构形式具有减少能耗的优点。通过对小尺寸和足尺GFRP筋混凝土电缆排管试件进行抗弯性能试验,研究其抗弯能力、变形及破坏特征等。试验结果表明,GFRP筋混凝土电缆排管具有与普通钢筋混凝土梁相似的力学特征,以混凝土开裂为分界点,位移-荷载曲线表现为双线性,排管侧面拉应力分布不均匀,部分区域出现了较高拉应力。提出了GFRP筋混凝土电缆排管的抗弯设计计算方法,理论计算结果与试验测试结果较为吻合。     

玻璃纤维增强树脂基复合材料弯曲强度时间温度相关性

研究了玻璃纤维增强树脂基复合材料 (GFRP) 层合板弯曲强度高温加速试验的时间温度相关性。在不同的温度和加载速率下进行了三点弯曲试验。通过弯曲强度控制曲线的时间温度移动因子曲线分析了GFRP层合板的弯曲强度时间温度相关性。探讨了低温短时和高温长时的失效机理。通过玻璃纤维拉伸延迟断裂试验,对GFRP层合板的低温短时弯曲强度的时间温度相关性进行了修正。修正后的弯曲强度控制曲线的时间温度移动因子曲线与基体树脂动态杨氏模量的时间温度移动因子曲线非常吻合,表明GFRP层合板的弯曲强度取决于基体树脂的粘弹性性能。      

配置新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁的受剪性能试验

对采用新型封闭缠绕式玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)箍筋的混凝土梁进行了三点加载试验,考察了箍筋形式、纵筋配筋率、剪跨比、箍筋间距对配置新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁受剪性能的影响规律。试验结果表明,新型封闭缠绕式GFRP箍筋的弯曲段强度与平直段受拉强度之比达到0.81,是拉挤成型箍筋的2.07倍。剪跨比和箍筋间距相同时,新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁的受剪性能更好,其材料利用效率显著高于拉挤成型箍筋。梁的抗剪承载力随纵筋配筋率增加的提高幅度不大,但梁的延性有较明显改善。当箍筋间距为75 mm,新型封闭缠绕式GFRP箍筋的应变显著增大,同时对剪压区混凝土产生一定的约束作用,提升了受剪承载力。采用中国(GB 50608-2020)、美国(ACI 440.1R-15)、加拿大(CSA S806-12)、英国(BISE-1999)和日本(JSCE-1997)五种纤维增强树脂复合材料(FRP)筋混凝土结构设计规范计算的受剪承载力显著低于试验值,建议适当提高新型封闭缠绕式GFRP箍筋的断裂应变限值。     

盐碱和冻融环境下GFRP筋/ECC材料粘结滑移模型

粘结滑移本构模型可以反映两种材料界面协同工作的性能，国内外对于玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋/普通混凝土的粘结滑移研究较多，对GFRP筋与工程用水泥基复合材料(ECC)的研究较少，尤其是盐碱或冻融环境下。共制作了66个GFRP筋/混凝土拉拔试件，对比了普通环境、盐碱和冻融循环条件下，GFRP筋表面形式、基体类型和混凝土强度等因素变化时，试件的破坏形式、粘结机制及粘结滑移曲线的差异。研究结果表明：带肋GFRP筋/ECC试件主要发生拔出且带缝破坏；冻融循环后的带肋GFRP筋/普通混凝土试件由劈裂破坏变为拔出且带缝破坏；冻融循环使试件的粘结滑移曲线斜率变小；发生拔出破坏和拔出且带缝破坏的试件残余段曲线呈波浪式衰减，且残余应力峰值之间的滑移量约为一个肋间距。与现有粘结滑移模型进行拟合，根据拟合结果和GFRP筋/ECC材料在3种环境下实际粘结滑移特点，提出了包含参数A、B、α的粘结滑移曲线模型，与试验结果拟合相关系数R²均在0.9以上，得到参数A、B、α的取值分别集中在-0.6～0.2，-0.1～0.1和-0.6～-0.3之间。并根据不同学者的试验结果进一步验证了建...     

GFRP开孔板连接件双剪试验及受剪承载力计算

玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)开孔板连接件是GFRP-混凝土组合梁中一种常用的抗剪连接件。开展了5组共15个GFRP开孔板连接件试件的双剪试验,试验参数包括与GFRP开孔板连接件粘结的GFRP型材接触面打磨深度(0.5 mm/1.0 mm)、孔中横向贯通GFRP筋(无/配置)、贯通GFRP筋直径(9.5 mm/13.0 mm)和混凝土强度等级(C30/C50)。试验表明：打磨深度0.5 mm和1.0 mm的试件分别发生开孔板与GFRP型材之间的粘结层破坏和板肋剪切破坏,孔中横向贯通GFRP筋和混凝土榫均完好;开孔板连接件的剪力-滑移曲线可分为微滑移段和滑移段;与打磨深度0.5 mm开孔板连接件相比,相应的打磨深度1.0 mm开孔板连接件的受剪刚度较高;配置横向贯通GFRP筋、提高混凝土强度可显著提高开孔板连接件的受剪刚度;打磨深度1.0 mm开孔板连接件受剪承载力比相应的0.5 mm开孔板连接件高44.82%,配置横向贯通GFRP筋的开孔板连接件受剪承载力比相应的未配置横向贯通筋的开孔板连接件高20%左右,而横向贯通GFRP筋直径和混凝土强度对开孔板连接件受剪承载力的影响不显著。...     

碱环境下不同应力水平GFRP筋抗拉性能试验

基于ACI 440.3R-04规定的试验方法,对60 ℃碱环境下应力水平分别为0、25%和45%的玻璃纤维塑料（GFRP）筋的抗拉性能进行了试验研究。试件数量共90根,侵蚀时间分别为3.65、18、36.5、92、183天。采用SEM对腐蚀前后GFRP筋的微观形貌进行了观测,发现碱溶液造成了GFRP筋内部结构致密性的降低,且随着应力水平的增加,其降低愈发明显。在60 ℃碱溶液中侵蚀183天后,应力水平为0和25%的GFRP筋的抗拉强度分别下降了48.81%和55.56%,而弹性模量仅分别下降了5.47%和5.73%,应力水平为45%的GFRP筋则出现了断裂现象。GFRP筋的吸湿试验表明,OH^-离子在GFRP筋中的扩散过程符合Fick定律。在分析了应力水平、侵蚀时间等参数对GFRP筋抗拉性能影响的基础上,基于Fick定律提出了碱环境下带应力GFRP筋抗拉强度的退化模型。     

GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的配筋率试验研究

破坏模式是GFRP/钢绞线复合筋(GFRP:Glass Fiber Reinforced Polymer,纤维增强塑料)混凝土梁力学性能的影响因素之一,而破坏模式主要由GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的配筋率决定。鉴于配筋率对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁力学性能的重要作用,该文设计了16根GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁试件。试验变量为混凝土强度等级和GFRP/钢绞线复合筋的配筋率。通过对混凝土梁试件进行三分点静载试验,系统研究GFRP/钢绞线复合筋配筋率和混凝土强度等级对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的破坏形式、抗裂承载力、正截面极限承载力、裂缝间距、裂缝宽度、裂缝深度、挠度等的影响。试验数据可为GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁安全配筋率计算方法的确定提供参考和理论依据。     

基于Φ75mm SHPB系统的高温混凝土动态力学性能研究

运用Φ75 mm大直径SHPB及高温加热试验系统,对工程中常用的C30、C50、C60和C70四种强度等级的混凝土在不同温度条件下(常温、150℃、300℃、450℃、600℃)进行冲击压缩试验。试验结果表明:四种强度等级的混凝土均表现出明显的温度效应,随着温度的升高,混凝土动态破坏强度不断降低,动态破坏应变不断增大;当温度达到600℃时,动态破坏强度已和混凝土强度等级关系不大;同时,在高温下四种强度混凝土均出现塑性流动现象且随着温度的升高越来越明显,韧性越来越强。     

高强混凝土经不同高温历程后性能劣化研究

对经历不同加热温度和不同恒温时间的C60高强混凝土性能劣化进行了试验研究,并利用超声、显微硬度检测、扫描电子显微镜及汞压力测孔等综合手段观察其高温后细微观结构的变化。重点分析了高强混凝土外观、抗压强度、弹性模量、质量损失、高温爆裂机理、细微观结构的变化规律。研究结果表明,经不同高温历程后,高强混凝土的色泽变浅,从300℃恒温1 h时开始混凝土试块呈铁锈红色,直到400℃恒温2 h时铁锈红色消失,700~900℃试块外表呈灰白色;高强混凝土会在500℃时发生爆裂,较普通混凝土的爆裂温度低很多;凝胶分子、水泥水化物等受热分解,使其表面和内部产生孔隙和微裂纹,高强混凝土细微观结构逐渐变差,这是造成宏观力学性能劣化的根本原因。随着加热温度的升高与恒温时间的增长,高强混凝土的抗压强度、弹性模量和质量总体呈下降趋势,且相对恒温时间的不同,加热温度的变化对高强混凝土力学性能劣化的影响更大。     

GFRP筋与自密实混凝土黏结性能的试验研究

为了研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋与自密实混凝土(SCC)的黏结性能,制作了66个GFRP/SCC试件进行中心拉拔试验,研究SCC混凝土保护层厚度、GFRP筋直径和黏结长度以及SCC中添加纤维种类等因素对两者黏结性能的影响,并对试件的破坏形式进行分析。结果表明:试件主要出现了三种破坏形式,即劈裂破坏、拔出破坏、拔出带缝破坏;通过电镜扫描发现SCC浇筑方向对GFRP筋与SCC黏结界面的结构有一定影响,GFRP筋上部界面与SCC黏结更紧密。当SCC保护层厚度由4D增大至7D时,黏结强度提高了约44.05%;当GFRP筋黏结长度由5D增大至15D时,黏结强度降低了约65.43%;当GFRP筋直径由12 mm增大至16 mm时,黏结强度降低了约22.57%;SCC中添加聚丙烯纤维、钢纤维、聚丙烯纤维+钢纤维的试件黏结强度比不添加纤维的试件黏结强度分别提高12.80%、15.16%、15.09%。可以通过适当增加SCC保护层厚度、在SCC中添加纤维等措施来提高GFRP/SCC试件的黏结强度。      

高温后钢-混组合梁抗剪性能试验研究

为研究钢-混组合梁经历高温后的抗剪性能，以受热温度和冷却方式为试验参数，分别开展了普通混凝土、钢材高温后材料性能试验和钢-混组合梁高温后静力试验。对高温冷却后混凝土和钢材的基本力学性能进行了试验研究，并采用扫描电镜观察了高温后混凝土的微观结构；按“强弯弱剪”设计了7片钢-混组合梁，测定了升降温过程中截面温度场分布，开展了常温和经历高温冷却后组合梁加载破坏试验，对组合梁常温和高温后的极限承载力、跨中挠度和应变变化进行对比分析，研究了受热温度和冷却方式对组合梁受力性能的影响，并探讨了高温后组合梁极限抗剪承载力计算方法。结果表明：高温后混凝土内部水泥复合物疏松和水泥与骨料包裹界面出现裂纹是混凝土宏观力学性能劣化的主要原因；常温和高温冷却后钢-混组合梁的破坏形态均为混凝土板出现贯穿的斜裂缝；随着温度的升高，组合梁的承载力、刚度和延性均降低；低于400℃时冷却方式对承载力影响较小，600℃时喷水冷却后组合梁承载力大于自然冷却；与自然冷却试件相比，喷水冷却下试件的刚度较大，极限挠度较小；基于试验数据和回归分析建立了混凝土抗压强度、钢材屈服强度与受热温度之间的计算公式；修正后的AS/NZS 2327...     

吸湿老化后碳纤维增强乙烯基脂树脂复合材料高低温力学性能

碳纤维增强乙烯基酯树脂复合材料(CFRP)是海洋和舰船工程领域广泛应用的结构材料，在复杂海洋环境和服役工况下，材料面临湿热和极端温度的考验。本文研究了树脂和CFRP在水浴过程中的质量和形貌变化及水浴吸湿后CFRP在3种测试温度下(-30℃、室温和70℃)的力学性能演变。FTIR和液相色谱-质谱联用实验结果表明乙烯基酯树脂在水浴过程中发生了水解，而吸湿后CFRP的微观形貌观察表明纤维-基体界面的存在会改变树脂基体的吸湿行为。低温、高温和水浴120天后室温测试环境下，CFRP的压缩强度相比未吸湿试样的室温初始强度，分别降低了27.4%、36.2%和32.8%；而低温环境下面内剪切强度提升了35%，高温环境下降低了27%，水浴120天后提升了7%，显示温度对CFRP面内剪切强度的影响大于湿热老化。此外，动态热力学性能测试显示初始阶段的吸湿会导致CFRP储能模量和玻璃化转变温度(Tg)降低，但后期储能模量和Tg会部分恢复。     

聚丙烯-钢纤维增强高强混凝土高温性能

通过对聚丙烯-钢纤维增强高强混凝土(混杂纤维/高强混凝土)试块的高温试验, 研究不同目标温度后混凝土表观特征、高温爆裂、质量损失及力学性能。结果表明: 高强混凝土在600 ℃时发生爆裂, 混杂纤维/高强混凝土直至800 ℃未出现爆裂, 混杂纤维有效抑制了高强混凝土的高温爆裂。混杂纤维/高强混凝土的质量损失随所受温度的升高而增大, 其抗压强度、抗折强度随温度的升高而降低, 并且400 ℃以后显著降低。相同温度下, 混杂纤维的加入提高了高强混凝土高温后强度。通过对试验结果的统计分析, 分别建立了混杂纤维混凝土质量损失、抗压强度和抗折强度随温度变化的关系式。