大直径GFRP抗浮锚杆蠕变试验及蠕变模型

为深入探究在长期应力作用下大直径GFRP抗浮锚杆的力学性能变化,通过施加长期荷载对GFRP抗浮锚杆进行了室内足尺试验。试验结果表明:试验锚杆在其破坏荷载的38%～45%荷载作用下才发生蠕变。通过标准线性固体模型对GFRP抗浮锚杆的蠕变规律进行分析,对刚度随时间变化曲线进行拟合,拟合曲线与实测曲线吻合度较好;进一步结合损伤力学理论和蠕变模型推导了GFRP抗浮锚杆的抗拔承载力,实现了GFRP抗浮锚杆长期承载力的精准预测,为GFRP锚杆在抗浮工程中的应用提供理论依据。     

应用玻璃纤维锚杆加固公路边坡现场试验

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)锚杆是一种由树脂和玻璃纤维复合而成的新型加固材料,具有良好的力学性能和耐腐蚀性能.通过拉伸条件下的强度、蠕变和温度试验,测试GFRP锚杆材料的抗拉、蠕变特征和温度效应,验证GFRP材料用于永久性加固的可行性.采用的GFRP锚杆为脆断性材料,弹性模量约40 GPa,屈服强度为400 MPa.在工作温度范围内,使用荷载条件下的GFRP锚杆材料的热稳定性与HRB335钢筋相当.在锚杆设计荷载作用下,GFRP筋未产生持续的蠕变变形.粤赣高速公路K3+728～904右侧边坡部分采用GFRP锚杆框架梁加固结构,作为永久性工程使用.通过现场观测GFRP锚杆的应力、加固边坡的坡面变形和坡体整体位移,验证GFRP锚杆作为永久性加固结构的可靠性.观测数据表明,GFRP锚杆的应力变化与加固坡体的荷载变化规律一致;在荷载的长期作用下,没有出现应力松弛现象,具有继续承担附加荷载的能力;由于弹性模量不同,GFRP锚杆的应力分布特征不同于钢筋锚杆,适宜于加固风化较严重的岩坡或类土质坡.     

大气或氯离子浸泡环境下玻璃纤维增强复合材料蠕变试验和理论研究

分别在大气与氯离子浸泡环境下,测试不同试验周期下玻璃纤维增强不饱和树脂基复合材料(GFRP)片材的蠕变,分析不同环境和应力水平对GFRP蠕变的影响。研究结果表明:GFRP的蠕变率在试验前期增长较快,后期较慢;GFRP蠕变特性与加载应力水平、环境有关,相同环境下加载应力越大,蠕变应变增量越大;在相同应力水平作用下,氯离子环境下GFRP蠕变应变大于大气环境;水分的吸收和扩散使得树脂体积膨胀产生剪应力,与玻璃纤维发生脱黏,引起界面破坏,从而降低GFRP的黏弹性能;树脂与水分子发生化学反应,导致树脂中的化学介质解析出来,其基体中出现坑洼,破坏纤维与树脂界面的完整性,进而降低GFRP的黏弹性能。基于Kelvin标准线固性蠕变模型,考虑环境、应力变化幅值,提出GFRP蠕变预测模型及其适用性。     

侵蚀环境下预应力GFRP锚杆结构应力松弛特征

钢筋锚杆的腐蚀问题是锚固结构工程的安全隐患,GFRP锚杆因其耐腐蚀、高强度成为解决途径之一。为研究GFRP锚杆结构的耐久性,研发FRP筋锚杆结构应力松弛实验装置,利用该装置对侵蚀环境与荷载交叉下预应力GFRP锚杆结构应力松弛特征开展研究,进行3组不同侵蚀环境和荷载的实验,获得锚杆结构应力及杆体应变时程曲线,据此分析侵蚀环境与荷载对预应力GFRP锚杆结构应力松的影响。研究结果表明,FRP筋锚杆结构应力松弛实验装置可以设置环境影响条件,实现侵蚀环境与荷载条件叠加。GFRP锚杆结构应力松弛受环境和应力交叉影响,环境的影响较应力大,应力松弛绝大部分发生在加载后早期。GFRP锚杆结构应力松弛主要来源于锚固段黏结蜕化,部分来源于杆体弹性模量蜕化。相比于碱性环境,蒸馏水环境中锚杆体界面黏结状态蜕化速率更大。在溶液长期侵蚀作用下,通过黏贴耦合的光栅传感器与GFRP筋杆体变形同步性难以保证。     

基于试验修正的徐变模型及其在混凝土柱中应用

高层建筑的长期性能受到混凝土徐变的影响,混凝土徐变会导致混凝土柱应力应变重分布,影响混凝土柱的力学性能。为了研究徐变对混凝土柱的影响,文中进行了3组不同矿物掺量下高性能混凝土试块的徐变试验,根据试验数据修正了CEB FIP 90模型,根据修正的模型数值模拟分析了10年内混凝土柱在徐变作用下混凝土和纵筋应力的发展规律。结果表明,混凝土柱的应力重分布主要发生在持荷早期,持荷60d时应力重分布完成65%,持荷365d时完成将近90%;徐变会导致纵筋压应力大幅度的增长;混凝土的徐变越大,混凝土柱中混凝土和纵筋的应力变化幅度越大。     

环境和应力对GFRP筋耐久性影响的研究进展

混凝土结构中GFRP筋耐久性的研究对推广其在土木工程中的应用具有重大意义,一直以来是研究者们十分关心的问题.目前研究者通常采用加速腐蚀方法研究GFRP筋耐久性,通过分析GFRP筋腐蚀前后的力学性能变化和物理变化来评价GFRP筋的耐久性能.GFRP筋耐久性研究通常可分为2种情形：①仅考虑环境作用;②考虑长期持续应力和各种环境条件的共同作用.文中按环境因素分类对上述两种GFRP筋耐久性研究进行了综述与总结,并对今后的研究工作提出建议.基于Vijay模型和已有文献数据的GFRP筋耐久性计算结果表明现有规范的GFRP筋强度折减系数是保守的.     

海洋环境下碳-玻璃纤维混杂筋吸湿行为和层间剪切性能研究

采用薄碳纤维层外包裹玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋，制备碳-玻璃纤维混杂筋(HFRP筋),提升芯层GFRP筋长期力学性能，在海工结构中具有巨大的应用潜力。对水，强、弱碱，盐碱等溶液下GFRP、HFRP裸筋吸湿行为和层间剪切强度变化规律进行研究，同时与水、模拟海水溶液下砂浆包裹GFRP和HFRP筋的层间剪切强度进行对比分析。研究表明：强碱、盐碱溶液下，HFRP裸筋吸湿率小于GFRP裸筋，HFRP裸筋层间剪切强度保留率大于GFRP裸筋，碳纤维层延缓芯层GFRP筋劣化速率；水、弱碱溶液下，HFRP裸筋吸湿率大于GFRP裸筋，60℃下HFRP裸筋层间剪切强度保留率小于GFRP裸筋。水、模拟海水溶液下砂浆包裹GFRP和HFRP筋的破坏模式和层间剪切强度变化与水、弱碱溶液下GFRP和HFRP裸筋相似。基于Arrhenius理论，预测了强碱、盐碱溶液下GFRP和HFRP裸筋在4,17,21℃下的长期层间剪切强度。     

GFRP筋的高温蠕变性能试验分析

通过对21组,共72根不同应力状态、不同温度下GFRP筋的蠕变性能进行的试验和分析,表明:随时间的延长GFRP筋的应变逐渐增大,而同一应力水平的GFRP筋试件随温度的升高,应变有增大的趋势。根据试验结果,可以确定预应力GFRP筋增强混凝土构件在火灾高温条件下GFRP筋的预应力损失值。     

持续荷载作用下混凝土梁中玻璃纤维增强复合材料筋抗拉性能试验研究

通过对真实混凝土环境下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的耐久性试验,研究混凝土构件服役状态时所承受的静荷载、裂缝等因素对GFRP筋抗拉强度的影响,并与模拟混凝土孔隙水溶液碱环境下GFRP筋的抗拉强度退化率进行对比分析。试验结果表明:静荷载对混凝土环境作用下GFRP筋抗拉强度的退化有一定的影响,随着荷载的增大,筋体强度退化率也越快;GFRP筋抗拉强度退化率在有工作裂缝的混凝土试件中大于无工作裂缝混凝土环境;模拟混凝土碱环境下浸泡的GFRP筋长期力学性能退化率较快,与实际混凝土环境下GFRP筋的退化规律相比存在一定的偏差,因此,相应试验数据以及在此基础上建立的抗拉强度退化模型偏于保守。     

预应力碳纤维筋损失试验

参照相关规范,利用简易适用于纤维筋拉伸试验仪测得碳纤维筋强度及弹模,通过改变有效长度、持荷时间设计6组试件,记录预应力碳纤维筋张拉持荷过程中应力值不断降低的过程,并对预应力碳纤维筋损失进行了分析,结合实验数据,利用一元线性回归推导得出了松弛建议计算公式。     

全长黏结螺纹玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆蠕变试验研究

 通过4根全长黏结螺纹GFRP抗浮锚杆在长期荷载作用下的拉拔蠕变试验,研究了GFRP抗浮锚杆抗拔蠕变力学模型,计算出模型中的蠕变参数并对模型的正确性进行验证。另外,引入时间损伤效应的概念,结合蠕变力学模型推导出GFRP抗浮锚杆的长期抗拔力。结果表明,中风化花岗岩中GFRP抗浮锚杆在40%的极限荷载下才发生蠕变,GFRP锚杆在低荷载水平下蠕变性能优良,能够满足工程需要;Burgers力学模型能够很好的描述GFRP抗浮锚杆的蠕变规律,模型预测结果与试验结果具有较好的吻合程度,且随着拉拔荷载的增大,模型中的各力学参数均逐渐减小;建立的蠕变损伤模型用于预测GFRP抗浮锚杆的长期抗拔力具有较好的适用性。     

土工织物拉拔试验接触面的蠕变研究

本文研究接触面的长期蠕变对土工织物拉拔试验中筋材的拉应力以及剪应力沿筋材长度方向的变化影响。对接触面蠕变采用非衰减蠕变模型 ,根据筋材的受力特性给出了微分控制方程 ,采用对应原理近似方法得出粘弹性解。对几个关键参数进行分析并与长期拉拔试验结果进行了比较 ,研究结果表明 ,本文的方法与试验结果吻合较好。     

结构胶长期力学性能及其时间-应力等效性研究

为探讨长期荷载作用下结构胶蠕变特性,在不同的外加荷载下,进行了结构胶的室内蠕变实验,获得了结构胶的蠕变关系曲线的变化特征,并进行了综合对比分析。利用时间一应力等效原理分析了结构胶的非线性蠕变行为,得到了参考应力下的蠕变主曲线,拟合得到了蠕变主曲线的表达式,从而可以通过较高应力水平下的短期蠕变行为来预测较低应力水平下的长期蠕变行为。     

玻璃纤维复材筋与水泥基复合材料界面力学性能试验研究及精细化有限元仿真

玻璃纤维复材(GFRP)筋水泥基复合材料(ECC)构件受力变形过程中,筋材与基体协调变形能力影响构件及组合构件的工作性能。本文通过GFRP筋ECC黏结-滑移试验建立界面黏结滑移本构,结合ECC变形及开裂后力学属性,采用ABAQUS有限元软件进行GFRP筋ECC构件黏结界面力学性能分析,研究筋材及基体应变分布随加载过程的演化及不同黏结-滑移关系对构件工作性能的影响。研究表明,GFRP筋材直径影响黏结滑移性能及界面破坏模式,界面力学属性的提高能够增加二者协同工作性能,改善构件的开裂属性;基于试验中筋材应变分布,分析基体破坏、应力分布,研究构件受拉破坏过程整体拉伸刚度变化,为反演宏观构件正常工作状态下工作机理提供分析方法。     

GFRP筋拉伸力学性能温度效应试验研究

 玻璃纤维增强塑料(GFRP)材料的力学性能对工作环境温度很敏感,在设计时应充分考虑环境温度对此的影响。通过试验研究在不同工作环境温度(20 ℃～120 ℃)条件下GFRP筋拉伸力学性能的温度效应。加载设备采用MTS322电液伺服静动万能试验机,试验温度由环境箱进行自动控制。试验结果表明：试件在加载过程中,会因损伤而发出清脆响声,其表面出现白斑状裂纹,随荷载增加响声增大而渐密;破坏形态多为较大范围内发生片状裂开破坏,偶见某一断面断裂破坏,均为脆性破坏;GFRP筋的力学性能对环境温度非常敏感,极限抗拉强度、抗拉初始弹性模量、屈服应变和极限延伸率随着环境温度增加而下降,而抗拉屈服后弹性模量变化规律则相反;GFRP筋应力–应变曲线在20 ℃～80 ℃时为双线性,随着温度升高,其屈服点逐渐降低,在100 ℃,120 ℃时应力–应变曲线变为线性。通过试验分析,建立考虑环境温度影响的GFRP筋应力–应变关系及其相关参数同环境温度的关系;提出考虑环境温度影响的GFRP筋极限抗拉强度计算公式。试验研究成果为GFRP筋在不同环境温度条件下应用提供了科学依据。     

GFRP拉挤成型构件徐变性能的试验研究

为评价一种新型拉挤型双腹板工字型玻璃纤维复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,简称GFRP)构件工程徐变特性,利用弹簧反力装置对GFRP构件进行了60d弯曲徐变试验研究。试验研究结果表明,GFRP构件在约为60%材料拉伸强度的应力水平下,徐变速度随时间降低;在持荷15 d内,GFRP构件徐变快速增长,跨中挠度增加了3.5%;至60 d,徐变速度降低到0,跨中挠度增加了5.6%。     

混凝土碱性环境下玻璃纤维增强聚合物筋力学性能研究

通过模拟研究对碱性环境下玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋的力学性能试验。分析了不同温度、侵蚀条件对GFRP筋拉伸性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线荧光光谱(XRF)的微观试验,分析腐蚀前后GFRP筋力学性能变化时对应的GFRP筋表面形貌、内部结构和化学组成的变化,从而揭示GFRP筋在碱性环境下的性能劣化机理。     

内嵌CFRP筋加固木梁持荷6年受力性能的试验研究

为研究内嵌CFRP筋加固木梁在长期荷载作用下的受力性能,设计并制作了3个木梁试件,开展了6年的持荷试验,持续测试了木梁的跨中挠度变化和纯弯段木材的蠕变发展,并记录了环境温湿度变化对木材中和轴位置应变增量的影响。结果表明,对比木梁和加固木梁的初始缺陷均对其长期性能有重要影响,跨中不存在初始缺陷的加固木梁的挠度小于未加固对比木梁;而跨中存在明显初始缺陷的加固木梁的挠度高于未加固对比木梁,并在跨中木节周围出现了明显裂缝。根据试验结果对经典蠕变模型中的材料参数进行了拟合,拟合后的模型预测的木梁跨中挠度与试验结果比较吻合。     

糠醇和玻璃纤维处理对木材弯曲蠕变的影响

分别用质量分数为30%的糠醇溶液浸渍意杨(P)和在P表面粘贴玻璃纤维布来获得糠醇改性意杨(FP)及玻璃纤维增强意杨(GFRP),并对GFRP、FP和P的弯曲蠕变性能进行测试分析.结果表明:在加载应力水平分别为各自静曲强度35%的条件下,GFRP和FP的普通蠕变最大挠度相比于P分别降低了21.97%和36.93%,机械吸附蠕变最大挠度分别降低了75.56%和81.49%;在加载应力水平均为P静曲强度35%的条件下,GFRP和FP的普通蠕变最大挠度相比于P分别降低了66.25%和38.00%,机械吸附蠕变最大挠度分别降低了85.22%和78.88%.糠醇改性和玻璃纤维增强处理均不能改变P的普通蠕变特性,但能有效降低其普通蠕变挠度.GFRP和FP丧失了P原有的机械吸附蠕变特性而仅表现出普通蠕变特性,有效增强了P的抗机械吸附蠕变能力.     

玻璃纤维增强塑料锚杆杆体的力学性能研究

高性能的GFRP杆体是提高GFRP锚杆高性能的关键,GFRP杆体的力学性能指标是指导锚杆设计施工的重要参数。本文通过GFRP筋进行基本力学性能试验,测定了GFRP筋的极限抗拉强度、弹性模量、延伸率、应力-应变关系以及筋的抗剪强度,证实了GFRP筋可以代替钢筋应用在岩土锚固工程中。