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鋼筋芯FRP復合筋力學性能研究建筑工程論文

摘要: 文章主要介紹了混雜FRP復合筋的制作過程和試驗過程,并對試驗結果進行簡略的分析,得到FRP復合筋的性能結論 關鍵詞: FRP復合筋;備置原理;拉拔試驗;抗壓試驗;彈性試驗 鋼筋芯-FRP復合筋由哈工大張志春博士首次提出的,他利用鋼絞線代替高模量纖維,低模量纖
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广西快乐双彩走势图软件下载 www.wbtzv.com   摘要:文章主要介紹了混雜FRP復合筋的制作過程和試驗過程,并對試驗結果進行簡略的分析,得到FRP復合筋的性能結論

  關鍵詞:FRP復合筋;備置原理;拉拔試驗;抗壓試驗;彈性試驗

  鋼筋芯-FRP復合筋由哈工大張志春博士首次提出的,他利用鋼絞線代替高模量纖維,低模量纖維采用價格相對便宜的玻璃纖維材料,即降低了材料的整體成本,又不降低其FRP筋較好的耐腐蝕的特性。文章就是在張志春博士研制的鋼筋芯-FRP筋的基礎上進行下進行研究的。

  1、成型設備及其工藝流程

  采用傳統的FRP筋拉擠成型設備,其基本組成為纖維紗架、樹脂浸潤槽、纖維分紗板、加熱成型模具和牽引裝置。

  2、鋼筋芯-FRP復合筋拉伸試驗過程

  2.1試驗方法

  雖然鋼筋芯-FRP復合筋具有較高的抗拉強度,但是其抗剪能力很弱,而且復合筋里面的樹脂屬于脆性材料,很容易被破壞,所以對鋼筋芯-FRP復合筋抗拉試驗,不能直接放到材力機上進行拉伸試驗,必須對端部采取措施,防止在試驗過程中端部被夾壞。

  根據ACI440.1R-06的規定,當FRP筋的標距長度和直徑的比值L0/d在40~70時,L0/d就不會對試件的拉伸試驗結果產生明顯的影響,所以本試驗采用標距L0=400mm。為了保證端部不會被夾壞,我們采用自行設計制造的握裹式錨夾具對鋼筋芯-FRP復合筋進行錨固。其中,錨固長度250mm,采用內直徑為12mm,壁厚約2mm的不銹鋼管,內部灌漿料采碳纖維樹脂膠進行粘結。

  2.2試件的制作

  由于鋼筋芯-FRP復合筋抗拉強度高,在端部處理方面要細心處理,盡量減少端部與錨固套管脫落了導致試件失敗。具體操作如下:

 ?。?)用電動切割機切割長度為900mm的鋼筋芯-FRP復合筋。

 ?。?)用銼刀將切割好的鋼筋芯-FRP復合筋端部錨固范圍(250mm)進行打磨,去除復合筋表面的肋,露出FRP復合筋光滑的面,并用砂紙把表面磨粗,增加粘結力。

 ?。?)把打磨后的復合筋用丙酮擦拭干凈,晾干,然后根據《金屬材料室溫拉伸試驗方法》(GB/T228-2002)進行尺寸的測量。對于圓形橫截面試樣,應在標距的兩端及中間三處兩個相互垂直的方向測量直徑,取其算術平均值,取用三處測得的最小橫截面面積,記錄并編號。

 ?。?)根據配方配置樹脂膠,取鋼筋芯-FRP復合筋和錨固套管,把加工好的筋的端部蘸上少量的樹脂,插入錨固套管中,保證筋與套管之間的樹脂均勻,不出現空洞。同時也要保證復合筋在套管的中間,并固定好位置,防止在材力機上產生剪力而被剪斷。

 ?。?)把做好的試件放置室內養護7天,保證其粘結性。

  2.3試驗加載制度

  為了準確測得鋼筋芯-FRP復合筋的抗拉應力應變曲線,以研究其材料性能,其應變速率應該控制在0.00005/s~0.0001/s范圍內,根據試件的尺寸,本試驗選取加載速度為3mm/s。

  2.4數據處理

  鋼筋芯-FRP復合筋的極限抗拉強度的計算方法為:具有95%的保證率,極限抗拉強度的實測平均值減去標準差的1.6456倍。

  2.5拉伸試驗結果及分析

  試件在實驗加載初期,應力應變在彈性范圍內呈一條直線,沒有顯著的現象,主筋外表的樹脂纖維和主筋中間的鋼絞線共同作用;當試件加載到25kN左右時,試件開始出現輕微的纖維破壞的聲音,部分肋與主筋粘接緊密的纖維開始由于橫向變形而斷裂,但不影響主筋承載力的增加,應力應變仍然稱直線增加,此時纖維和鋼絞線仍然共同作用;當試件加載到35kN以后,部分試件的部分肋出現被拉斷的現象,主筋也開始出現縱向細微的裂縫,橫向變形不斷的增加,橫向肋的約束不斷的減小,但由于橫向肋并沒有被完全拉斷,此時試件主筋抗壓強度依舊可以不斷增加;當試件加載到極限抗壓強度附近時,縱向的裂縫開始貫通,橫向肋的抗拉強度達到極限,出現較大的側向滑動,促使橫向約束達到極限。隨著應力的增加,最終使橫向約束不能約束由于鋼絞線受壓而產生的橫向變形,試件在一聲巨響后破壞,主筋上面的裂縫基本貫通,導致主筋兩端裂縫處出現Z字形的劈裂,試件的承載力迅速降了下來。

  3,鋼筋芯-FRP復合筋壓縮試驗過程

  3.1試驗方法

  由于鋼筋芯-FRP復合筋由多種纖維通過樹脂粘固在一起的,采用直接在試驗機加載的方法進行抗壓試驗,試件是在端部首先破壞而導致試件的破壞,不能反映混凝土構件中鋼筋芯-FRP復合筋的真實受力情況。本試驗在保證試驗過程中標距內為均勻單向壓縮的基礎上,為了保證端部在試驗結束前不會損壞,對試驗裝置進行改進(圖3)。

  3.2試件的制作

  試件制作是本試驗的關鍵,要嚴格按照操作規程進行,保證試件的達到試驗所需。具體如下:

 ?。?)用電動切割機切割長度為83~85mm的鋼筋芯-FRP復合筋短柱。

 ?。?)在刨床上加工切割下來的鋼筋芯-FRP復合筋短柱,保證短柱兩端截面平整且保證短柱長度為70mm,誤差在1mm以內,否則不能使用。

 ?。?)把加工好的短柱擦拭干凈,晾干,然后根據《金屬材料室溫壓縮試驗方法》(GB/T7314-2005)進行尺寸的測量。測量試件的截面直徑和長度,記錄并編號。

 ?。?)根據配方配置樹脂膠,取鋼筋芯-FRP復合筋短柱和抗壓試驗裝置的加固端部件,把短柱蘸上少量的樹脂,放入加固端部件的中間,然后用力擠壓,保證短柱的底面與端部件的凹槽面接觸良好。

 ?。?)在保證試件灌注的樹脂完全硬化的情況下,短柱上端蘸上樹脂,然后把短柱的上端放到另一個加固件的凹槽中,保證端面與凹槽面有良好接觸。

 ?。?)把制作好的試件放入套管中,保證試件兩端有良好的平整度,然后往沒有注樹脂的凹槽里面注入樹脂。

 ?。?)在室內養護7天,等后注入的樹脂完全硬化后就可以放入試驗機上進行試驗了。

  3.3試驗加載制度

  試驗采用控制加載速率的方法,其加載速度控制在0.3mm/s。

  3.4數據處理

  鋼筋芯-FRP復合筋的極限抗壓強度的計算方法為:具有95%的保證率,即極限抗拉強度的實測平均值減去標準差的1.6456倍。

  3.5壓縮試驗結果及分析

  試件在實驗加載初期,應力應變在彈性范圍內呈一條直線,沒有顯著的現象,主筋外表的樹脂纖維和主筋中間的鋼絞線共同作用;當試件加載到25kN左右時,試件開始出現輕微的纖維破壞的聲音,部分肋與主筋粘接緊密的纖維開始由于橫向變形而斷裂,但不影響主筋承載力的增加,應力應變仍然稱直線增加,此時纖維和鋼絞線仍然共同作用;當試件加載到35kN以后,部分試件的部分肋出現被拉斷的現象,主筋也開始出現縱向細微的裂縫,橫向變形不斷的增加,橫向肋的約束不斷的減小,但由于橫向肋并沒有被完全拉斷,此時試件主筋抗壓強度依舊可以不斷增加;當試件加載到極限抗壓強度附近時,縱向的裂縫開始貫通,橫向肋的抗拉強度達到極限,出現較大的側向滑動,促使橫向約束達到極限。隨著應力的增加,最終使橫向約束不能約束由于鋼絞線受壓而產生的橫向變形,試件在一聲巨響后破壞,主筋上面的裂縫基本貫通,導致主筋兩端裂縫處出現Z字形的劈裂,試件的承載力迅速降了下來。

  4、結語

 ?。?)從拉伸試驗試驗結果上看,整個試驗過程中應力-應變曲線,其模量的變化大致趨勢是相同的,試件理論值與實驗值基本相吻合。

 ?。?)從壓縮試驗試驗結果上看,材料破壞先從橫向纖維變形斷裂開始,然后是主筋劈裂,但該階段受壓強度仍然增加,最后主筋劈裂貫通,承載力迅速下降,符合脆性材料受壓破壞。

 ?。?)FRP復合筋通過混雜使其共同受力,由于鋼絞線和玻璃纖維的應力-應變過程呈線性,同時鋼絞線的極限拉應變較小而玻璃纖維的極限應變較大,鋼筋芯-FRP復合筋應力-應變呈現雙線破壞過程。

  參考文獻

  [1]張志春.結構新型熱固性FRP復合筋及其性能[D].哈爾濱工業大學博士論文,2008.

  [2]鄧宗才,李建輝.混雜FRP復合材料單軸拉伸性能研究[J].玻璃鋼/復合材料,2008(03):30-34.

  [3]曾金芳,喬生儒,丘哲明,馬拯,王庭武.F_12/CF混雜復合材料縱向拉伸性能研究[J].固體火箭技術,2004,27(01):60-63.

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