高温后玄武岩和玻璃纤维增强 复合材料筋的力学性能

采用MTS万能试验机对不同温度处理后的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋和玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的拉伸和剪切性能进行测试,研究了高温对BFRP筋和GFRP筋力学性能和破坏模式的影响.利用Weibull模型对不同温度处理后BFRP筋和GFRP筋的拉伸强度进行统计分析,采用热重分析仪定量化阐明BFRP筋和GFRP筋的热分解机制.结果表明:高温会导致BFRP筋和GFRP筋发生明显的颜色和形貌变化;BFRP筋和GFRP筋的拉伸强度、极限应变、韧性和剪切强度均随着温度的升高而呈先上升后下降的趋势,而弹性模量变化不明显.与相同温度处理后的GFRP筋相比,BFRP筋的拉伸性能较差,剪切性能较好;BFRP筋和GFRP筋的热分解特性解释了其高温后力学性能的退化机理.     

GFRP筋拉伸力学性能尺寸效应试验研究

通过试验研究不同直径玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的力学性能,并采用基于材料强度Weibull分布的最弱链理论分析其尺寸效应.试验结果表明,GFRP筋极限抗拉强度、抗拉弹性模量和极限延伸率随着直径增大而下降,而屈服应变变化规律则相反.通过试验分析,建立考虑直径变化的GFRP筋应力应变关系及其相关参数同直径的关系;提出了不同直径GFRP筋极限抗拉强度fDtu计算公式.基于最弱链理论分析,得出GFRP筋尺寸效应的主要影响因素是试件的有效区体积.研究表明,GFRP筋拉伸力学性能具有明显的尺寸效应;采用最弱链理论进行尺寸效应分析是可行的,能够预测不同GFRP筋强度,确定其抗拉强度标准值,有助于统一GFRP筋试件的有效长度取用标准,并建议长度范围为试件直径的30~40倍.     

GFRP筋抗压力学性能试验研究

设计了GFRP筋抗压试验方案,通过试验研究了不同柔度GFRP筋的抗压力学性能.结果表明:GFRP筋的抗压破坏可以划分为3种,即强度破坏、非弹性失稳破坏和弹性失稳破坏;GFRP筋极限抗压强度小于极限抗拉强度,约为极限抗拉强度的55%;GFRP筋抗压弹性模量比抗拉弹性模量大.在进行GFRP筋抗压力学性能试验时,为防止局部破坏,试件端部应有良好的约束;为确定极限抗压强度设计曲线,应进行试件柔度对临界应力的影响试验.     

一维冲击弹性波波速测试方法的研究

利用冲击弹性波的冲击回波法、透过法对不同长度、直径为25 mm的钢筋弹性模量进行测试。发现了不同的方法对测试结果的影响,并得出不同测试方法在测试一维杆件的适用范围,对利用冲击弹性波测试结构物弹性模量提供了重要依据。     

结构用GFRP筋受压力学性能试验

对3种不同直径的结构用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋开展受压力学性能试验,研究筋材的长细比、直径对其抗压强度、峰值应变及压缩弹性模量的影响.结果表明:GFRP筋是典型的脆性材料,其破坏形态主要有压碎破坏、劈裂破坏和屈曲破坏;随着长细比的增大,GFRP筋的抗压强度、峰值应变及压缩弹性模量均明显降低,其中,由于试件G8-11发生屈曲破坏,直径8 mm试件各参数的减幅最为明显,约为直径10,12 mm试件减幅的3倍;随着直径的增大,GFRP筋的抗压强度、峰值应变显著下降,但直径变化对筋材压缩弹性模量的影响较小.最后,将试验结果与现有文献结果进行对比,二者吻合较好,表明文章的试验方法具有一定的合理性和参考价值.     

玻璃纤维筋的力学性能研究

本文通过对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、应力一应变关系。     

基于岩体围压和弹模变化的GFRP土钉加固效果数值模拟分析

通过有限元数值模拟分析,研究了GFRP土钉加固岩土体在不同的弹性模量和围压条件下界面应力的分布规律.研究结果表明,随着岩体围压的增高,剪应力分布越集中于土钉的前端,但是这种影响不是很明显;随着岩体弹性模量的增大,接触界面的剪应力分布越不均匀,应力向锚固前端的集中程度越高,且应力的最大值越大,所以GFRP土钉更适合于加固软岩.     

偏心拉杆极值应力的电测法研究

基于组合变形理论推导了偏心拉杆危险点的拉、压应力计算公式;利用静态电阻应变仪及材料力学多功能台,采用半桥单臂惠斯通电桥测得了杆件材料的杨氏弹性模量及偏心拉杆的危险点应力;采用半桥双臂及全桥对臂法分别测得了轴向力及弯矩单独作用下的拉应变,并由胡克定律得到了偏心拉伸截面上的最大拉应力及压应力.研究表明,通过电测法所得危险点应力与理论值非常吻合,研究结果证实了方法的可行性.     

GFRP/MDF复合板力学性能预测与分析

运用复合材料力学的经典层合板理论预测了GFRP(玻璃纤维增强板)/MDF(中密度纤维板)复合板的弯曲弹性模量,并将预测值与实验所测数据进行了比较。结果表明：所建立 的理论模型适用于GFRP/MDF复合板和中密度纤维板的弯曲弹性模量计算,它们的理论值与实验值之间的误差分别为11.12 %、5.75 %。公式修正后,弯曲弹性模量实验值与理论值非 常接近。     

高温下GFRP筋力学性能的试验研究

为了研究高温下纤维增强复合材料(FRP)筋的力学性能,对直径为8mm的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋进行了高温下的拉伸试验,获得了10 ～ 500℃范围内随着温度升高GFRP筋的极限强度和弹性模量的衰减趋势;并结合材料TG/DSC热学试验结果提出了GFRP筋在高温下的拉伸本构模型.该三参数拉伸本构模型以纤维和树脂的...     

基于拉拔试验的GFRP筋与砂浆粘结性能研究

为了获得玻璃纤维筋与砂浆间的合理粘结性能参数,本文采用室内拉拔试验和数值模拟反演分析相结合的手段开展了相关研究.通过开展不同筋材直径与不同砂浆强度下的筋材拉拔试验,得到了不同工况下的粘结强度-滑移量曲线,探明了筋材直径与砂浆强度对GFRP筋粘结强度的影响规律.基于室内拉拔试验结果,采用有限差分软件FLAC~(3D)模拟再现了GFRP筋拉拔试验,对软件中的粘结性能参数进行了反演分析,修正得到了GFRP筋灌浆体刚度和黏聚强度的计算公式.研究结果表明:GFRP筋与砂浆间的粘结强度与筋材直径成负相关,与砂浆强度成正相关;在缺乏筋材拉拔试验数据时,纤维筋锚杆极限粘结强度宜取灌浆体抗压强度的五分之一,以求得灌浆体黏聚强度;纤维筋锚杆灌浆体刚度可采用普通钢筋锚杆灌浆体刚度计算公式获取,但应乘以位于(1/10, 1/15]区间内的折减系数.     

颅骨弹性模量时效性的实验研究

采用猪颅骨为实验材料，使用应变电测法对颅骨各层弹性模量随风干时间的变化规律进行了实验研究。实验结果表明：密质骨弹性模量约是松质骨弹性模量的2．5倍，松质骨对颅骨弹性模量的影响有限；猪颅骨单层密质骨和整体的弹性模量相差约13．9％；冷冻后经室温下自然解冻的猪颅骨单层密质骨的弹性模量变化量相当于新鲜密质骨的9．2％，单纯板障松质骨片的变化量为17％，去掉一层密质骨后的颅骨片变化量为18．1％，整体猪颅骨片的变化量为15．6％；由于各生物体颅骨结构基本相同。由此可知，如果在人颅骨上也能得到相似的结论，在进行有关人颅骨研究时可大大延长同一块颅骨的使用时间。或者可以用风干颅骨、解冻后风干颅骨来代替新鲜骨，然后根据其时效特性对实验数据进行修正，这样会大大降低实验成本和难度。     

玻璃纤维增强聚合物腰梁受力性能试验与有限元模拟

为探究基坑支护工程中玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer, GFRP)腰梁的应力分布规律和变形特性,结合GFRP腰梁力学性能试验及数值模拟,依托于青岛某深基坑工程,利用ABAQUS有限元软件对不同工况下双腹板GFRP腰梁进行了有限元模拟。研究结果表明,与钢材相比,GFRP材料具备较高的抗弯强度,但弹性模量较低;最大加载至700 kN时,双腹板GFRP腰梁变形的室内试验结果和数值模拟结果的变化规律相似,随着荷载水平的增加,呈线性变化,说明GFRP腰梁始终处于弹性工作状态,整体稳定性强。明确了预应力锚杆轴力为300 kN时GFRP腰梁在两端自由、两端约束以及一端约束一端自由3种情况下的应力分布规律和变形特征;对于两端自由的GFRP腰梁,预应力锚杆轴力为150 kN时的应力、位移约为预应力锚杆轴力为300 kN时的50%。研究结果可为类似工程提供借鉴与参考。     

无腹筋混合配筋混凝土梁抗剪性能试验研究

对1组无腹筋混合配筋(GFRP筋(glass fiberreinforced polymer)和钢筋)混凝土梁抗剪性能进行了试验研究.所有试验梁均为三分点加载,剪跨比为2.54和2.67.12根试验梁按有效配筋率分为3组,共包括3根钢筋混凝土梁,3根GFRP筋梁和6根GFRP筋和钢筋混合配筋梁.所有试验梁均为斜拉破坏.分析了试验梁的荷载-挠度关系,裂缝开展及抗剪承载力,并将各设计规范或指南的抗剪承载力预测值与试验结果对比.试验表明,有效配筋率相同的钢筋混凝土梁、混合配筋混凝土梁和GFRP筋梁具有相近的抗剪承载力.钢筋与FRP(fiber reinforced polymer)筋轴向刚度比对抗剪性能影响较小.规范Eurocode 2—04及CSA A23.3—04的抗剪承载力预测结果与试验结果符合度较好,而规范ACI440.1R—06,JSCE及CSAS6—06的预测结果偏保守.     

HTRB600级高强钢筋高温下的力学性能

为研究600 MPa级高强钢筋高温下的力学性能,对HTRB600级热处理高强钢筋进行高温下的拉伸试验,分别测得其在20,200,300,400,500,600,700及800℃高温下的弹性模量、比例极限、屈服强度、极限强度及应力-应变曲线.试验结果表明:HTRB600级高强钢筋高温下屈服强度、极限强度、比例极限与弹性模量均随着温度的升高而显著降低.500℃时其高温下的弹性模量、比例极限、屈服强度与极限强度降低为不足常温下的50%,800℃时已不足常温下的10%.高温下HTRB600级高强钢筋应力-应变曲线随温度的升高逐渐趋于圆滑,当温度达到200℃时,屈服台阶就已消失.600 MPa级钢筋高温下屈服强度和极限强度的降低程度明显大于其他钢筋500 MPa以下强度的钢筋.最后提出了适用于HTRB600级高强钢筋的高温下应力-应变曲线简化计算模型.     

GFRP筋混凝土梁抗爆性能试验研究与数值分析

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋具有耐腐蚀、抗拉承载力高等优点.它们可作为混凝土防护结构的纵筋而代替钢筋.为了明确GFRP筋混凝土梁(GRCBs)的抗爆性能,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁(SRCBs)进行了爆炸试验、四点弯曲静力试验及数值模拟分析.结果表明:四点弯曲静力试验中,工况是3kg-0.65m的爆炸荷载作用后相同等效刚度设计的GRCBs承载力是SRCBs的5.5倍.在近距离爆炸作用下(比例爆距小于0.5159mkg^-3),由于GFRP筋处于弹性阶段,破坏形式主要是混凝土出现裂纹、剥落和震塌.通过数值模拟分析,增加纤维增强聚合物(FRP)筋刚度可以降低GRCBs跨中位移,跨中最大位移降低率与EA比的比值为0.1,减少GRCBs的裂纹与损伤,增强GRCBs的抗爆性能.当比例爆距小于0.4095mkg^-3,GFRP筋混凝土梁用C50及以上混凝土能有效减少混凝土震塌与剥落.研究表明,GRCBs比SRCBs具有更高的抗爆性能.     

约束条件下CFRP筋单轴抗压性能试验

对约束条件下3种直径的碳纤维增强复合材料(CFRP)筋进行单轴抗压性能试验,分析筋材长细比、直径对抗压强度、极限应变及抗压弹性模量的影响.结果表明:CFRP筋为典型的脆性材料,其破坏形态主要有剪切破坏、劈裂破坏、压碎破坏、屈曲破坏;直径相同的CFRP筋的抗压强度、极限应变及抗压弹性模量均随长细比的增大而降低;当长细比一定时,CFRP筋的极限应变随直径的增大而降低,但直径的变化对抗压强度和抗压弹性模量的影响甚微.     

Behaviour of Multiscale Progressive Damage for Different Matrix Glass Fiber Reinforced Plastics Bars

The damage formation and evolution of glass fiber reinforced plastics( GFRP) bar on mechanical properties were mainly evaluated by theoretical analysis and numerical calculations which lack of test basis of damage process. The two different matrices of unsaturated polyester and vinylester GFRP bars were selected to carry out a series of macro-mesoscopic physical and mechanical tests to analyze the tensile progressive damage process on a multiscale. The formation of apparent crack,the bonding of internal components as well as the strain change were all reflected damage evolution of GFRP bar,and a certain correlation existed between them. Wherein the matrix has an obvious impact on the damage of bar,the component stress transfer effect of vinylester bar is better than unsaturated polyester from crack propagation observation and scanning electron microscopy( SEM). The cyclic loading tests quantitatively reflect the difference of damage accumulation between different matrix bars,and the failure load of bars decreases nearly 10%.     

饱和混凝土的弹性模量预测

为了研究饱和混凝土中的孔隙水压力对混凝土力学性能的影响,根据饱和混凝土的微观结构建立了研究饱和混凝土力学性能的理论模型,利用夹杂、等效弹性模量的思想和Mori-Tanaka方法研究了饱和状态时孔隙水对混凝土弹性模量的影响。该模型考虑了水影响下的水泥后期水化和孔隙水的粘滞力对饱和混凝土弹性模量的影响。将该模型与Yaman等人的试验结果进行了对比,结果表明该模型可以预测孔隙水含量对混凝土弹性模量的影响,且该模型对饱和混凝土的弹性模量的预测也较为准确。