玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆粘结性能的影响因素分析

通过对国内外大量拉拔试验和粱式试验得到GFRP筋与混凝上粘结性能试验结果的调查分析,探讨了GFRP筋的表面形状与表面处理方法,GFRP直径、GFRP埋入长度、混凝土强度等级与使用环境等因素对GFRP筋粘结强度的影响,指出了FRP筋的粘结滑移关系模型与粘结长度计算公式的特点与应用条件.分析表明:①粘结强度随着肋间距的增大...     

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.     

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.     

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...     

真实海水环境下海水海砂混凝土内FRP筋性能退化研究

为得到真实海水环境下海水海砂混凝土（SWSSC）内纤维增强复合材料（FRP）筋的性能退化规律,在真实海水浸泡下对SWSSC内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）筋的拉伸性能退化进行了试验研究,同时,用扫描电子显微镜（SEM）对两种筋材进行了微观观察.试验参数包括筋材种类（BFRP筋和GFRP筋）、腐蚀龄期（30 d、50 d、60 d和90 d）,测试性能为不同腐蚀龄期下两种筋材的拉伸强度和弹性模量.另外,对试验所处海域年平均相对湿度下SWSSC内的BFRP筋拉伸强度保留率进行了预测.结果表明：SWSSC内BFRP筋拉伸强度退化速度快于GFRP筋,两种筋材弹性模量无明显退化;SWSSC内的BFRP筋和GFRP筋,其拉伸强度退化主要是由树脂的水解或纤维-树脂界面性能退化引起.通过预测,在海南省海口市真实海水环境下,SWSSC内的BFRP筋拉伸强度保留率在50年后的预测值为75.6%（环境相对湿度为82%）.     

钢丝网砂浆层和附加肋提升嵌入式复材筋锚固性能试验研究

为提高嵌入式加固法中复材筋的锚固性能,避免嵌筋处剥离破坏的过早发生,提出了对结构构件端部锚固区联合运用外覆钢丝网砂浆防护层和设置复材筋附加肋的增强锚固方法.通过20个构件的直接拉拔试验,分析了钢丝网砂浆防护层厚度、复材筋附加肋数量、槽道黏结剂材料类型和复材筋种类等主要参数对嵌入式复材筋锚固性能的影响.试验结果表明,附加肋与钢丝网砂浆防护层联合增强锚固的方法可显著提升嵌入式复材筋的锚固性能,且对表面刚度和横向抗剪强度较高的CFRP筋试件的提升效果较BFRP筋试件更显著,对原有黏结性能较弱的砂浆槽道黏结剂试件的提升幅度较树脂黏结剂试件更大.钢丝网砂浆防护层的锚固方法对锚固承载力的贡献较附加肋锚固方法更大,该方法可改变试件的破坏形态,有效地避免复材筋剥离破坏的发生.     

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.     

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.     

海水海砂再生混凝土与玻璃纤维增强塑料筋黏结性能

采用标准立方体中心拔出试验,测试了不同组分及不同强度混凝土与玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋之间的黏结滑移性能.结果表明:再生粗骨料的使用降低了混凝土与GFRP筋之间的黏结强度,海水、海砂的使用对混凝土的黏结强度基本没有影响;不同组分混凝土与GFRP筋的黏结滑移曲线相似,无明显差别;与普通混凝土相似,海水海砂再生混凝土与GFRP筋的黏结强度随着混凝土的立方体抗压强度增加而增加.采用4种不同适用于GFRP筋的黏结滑移本构模型对试验数据进行了拟合,结果表明:4种模型均能较好地拟合本次试验曲线,其中,Malvar模型拟合程度最高.     

螺旋线对斜拉索涡激振动特性影响的试验研究

为研究不同参数的螺旋线对斜拉索涡激振动特性和气动力的影响规律,进行了针对表面无螺旋线斜拉索和缠绕不同参数螺旋线斜拉索的节段模型风洞试验,螺旋线参数包括根数、直径和缠绕间距. 结果表明：斜拉索表面缠绕1根螺旋线的涡激振动振幅远大于2根或3根螺旋线;在亚临界雷诺数区,缠绕螺旋线斜拉索的平均气动阻力系数均小于无螺旋线斜拉索,最多可减小10.9%;缠绕2根螺旋线的斜拉索平均阻力系数整体比3根螺旋线小. 斜拉索表面缠绕间距s=8D（D为斜拉索直径）的2根螺旋线时,缠绕直径d<15 mm螺旋线的斜拉索涡激振动现象明显;d ≥15 mm的螺旋线可显著降低斜拉索涡激振动响应幅值,其脉动升力系数相较于无螺旋线斜拉索有明显降低,证明缠绕大直径螺旋线对涡激振动响应控制的有效性. 螺旋线的缠绕间距对斜拉索涡激振动的影响与螺旋线直径有关,当螺旋线直径较小时,缠绕间距对涡激振动的影响并不明显;当螺旋线直径较大时,间距的大小直接影响涡激振动的抑制效果.     

拱效应下GFRP筋对混凝土板力学性能的影响

受到外围约束的混凝土板会在内部产生拱效应,为了研究其中玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的作用,对10块板带进行了破坏性试验,发现:板带开裂后拱效应逐渐明显,受拉区GFRP筋的作用相当于拱脚间的弹簧,筋材等效弹簧刚度增加,拱效应减弱;反之,拱效应增强.筋材配置过少或配置在板厚中间均不利于挠度和裂缝宽度控制,配筋适当时GFRP筋与拱效应共同作用,可以缩小适筋板带与超筋板带之间正常使用性能的差距,配筋情况决定裂缝分布及板带破坏模式,对极限承载力影响较小.此外,文中还对GFRP筋的作用进行了量化分析,考虑了拱效应的设计方法所预测的筋材应变比规范计算值更接近试验结果.     

混凝土表层嵌贴FRP筋粘结性能试验研究

表层嵌贴FRP筋加固法(简称NSM法)是目前复合纤维材料加固的最新方法,混凝土表层嵌贴FRP筋的粘结性能是这一加固新技术的重要研究课题。完成3组共6个试件的FRP筋表层嵌贴加固的拉拔试验,对CFRP、GFRP、BFRP三种不同类型FRP筋材进行了对比研究,主要研究不同FRP筋类型对表层嵌贴加固的粘结性能及破坏模式的影响。试验研究结果表明:表层嵌贴碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)、玄武岩纤维(BFRP)筋加固均具有良好的粘结性能,具有良好的性能优势和广泛应用前景。     

真实海水浸泡下FRP筋与海水海砂混凝土的粘结耐久性

在真实海水环境浸泡下对FRP筋与海水海砂混凝土（SWSSC）的界面粘结耐久性能进行了试验研究.试验变量包括FRP筋种类（GFRP筋、BFRP筋和SFCB筋）和浸泡时间（30 d、90 d、180 d和270 d）,通过中心拉拔试验对3种筋与SWSSC的界面粘结性能退化进行了对比分析;基于试验数据,对实际服役环境下3种筋的长期极限粘结强度退化进行了预测.结果表明：受海水长期浸泡和不同FRP筋制造工艺差异的影响,GFRP筋表面肋的磨损程度比BFRP筋和SFCB筋的小;BFRP筋和SFCB筋的粘结应力-滑移曲线的残余段波动逐渐减小;BFRP筋和SFCB筋的极限粘结强度退化快于GFRP筋.根据预测结果,给出了海洋环境、室外环境及室内环境下3种筋在设计服役年限所对应的极限粘结强度退化值.     

木材表面嵌筋黏结-滑移试验方法

在木材表面嵌入钢筋可以显著提升木构件的承载能力,而木材与钢筋之间可靠的锚固性能是二者协同工作的基础。为了研究木材与其表面嵌筋之间的黏结滑移性能,需要探究行之有效的试验方法。选定拔出试验研究木材与其表面内嵌筋材黏结性能;设计初始试验试件,并依据其受力分析结果,改进得到适用于拔出试验的最终试件形式;基于确定的试验方式和试件形式,开展26个木材表面嵌筋试件的拔出试验。研究结果表明:当胶层厚度为4 mm时,木材与钢筋的黏结性能较好;当钢筋直径20 mm时,开槽深度为32 mm的试件易发生木材的劈裂破坏且极限承载力提升不显著;钢筋滑移过程中,裸光纤光栅传感器极易破损,内贴应变片则可以克服复杂的黏结应力分布而正常工作且量测性能稳定;综合上述研究,确定了考虑试验方式、试件形式、胶层厚度、开槽深度以及应变采集方式的木材表面嵌筋黏结滑移试验方法。本文探究得到的试验方法可以避免木材的劈裂破坏,有效研究锚固长度、钢筋直径等黏结性能影响因素,全面探索木材与其表面嵌筋之间的黏结特性。     

空气等离子体炬改性连续玻纤束的工艺研究

玻璃纤维表面光滑且呈化学惰性,聚丙烯缺少极性官能团,导致玻璃纤维与聚丙烯之间的界面润湿性能较差。为了提升玻璃纤维增强聚丙烯(GFRP)复合材料的界面结合性能,设计并搭建了空气等离子体炬处理装置,通过该装置在连续玻璃纤维束表面沉积SiO_x纳米颗粒,并测定了改性玻璃纤维的润湿性能和GFRP复合材料的界面剪切强度;采用响应曲面法(RSM)分析了喷嘴与纤维间的距离、载气流量、处理时间对玻璃纤维润湿性能的影响,并对这些工艺参数进行了优化。结果表明：当处理距离为20 mm、载气流量为1.5 L/min、处理时间为6 s时,与对照组相比,改性后的玻璃纤维与聚丙烯的接触角降低了49.8%,GFRP复合材料的界面剪切强度提高了94.7%;载气流量对玻璃纤维润湿性能的影响程度最大,处理时间次之,处理距离的影响最小。优化后的工艺参数为：喷嘴与纤维间的距离为18 mm,载气流量为1.7 L/min,处理时间为7 s。在此工艺条件下制备了空气等离子体炬改性的玻璃纤维,实测的接触角(24.6°)与预测值(25.0°)之间的偏差仅为1.6%。     

玻璃纤维增强塑料筋混杂纤维混凝土梁抗弯性能研究

本文利用静力加载试验及有限元模拟分析,研究了纤维掺入对钢筋及玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋混凝土梁抗弯性能的影响,并提出了适用于GFRP筋混杂纤维混凝土梁的平衡配筋率与极限承载力计算公式.结果表明,将钢纤维与聚乙烯醇(PVA)纤维掺入普通钢筋混凝土梁中可小幅提高梁的开裂荷载;利用GFRP筋替代钢筋作为受力筋体,可明显提...     

GFRP筋与C15混凝土之间黏结强度的试验研究

基于12个拉拔试件的黏结试验,对GFRP筋与C15混凝土之间的黏结滑移特性、受力过程、破坏形态、破坏机理、黏结强度以及锚固长度等进行了研究.结果表明:GFRP筋试件的黏结应力下降到其黏结强度的8%~13%后,出现规律性的波动,而相应钢筋试件的黏结应力下降到20%~30%后基本保持不变;GFRP筋与C15混凝土之间的黏结强度较低,6.35 mm直径的GFRP筋,其黏结强度比相应的钢筋低8%,9.5 mm直径的GFRP筋,其黏结强度则比相应的钢筋低37%;GFRP筋试件的黏结应力达到黏结强度时,GFRP筋的滑移值为3~5 mm,而相应钢筋的滑移值为1~2 mm.文中还提出了GFRP筋与C15混凝土之间黏结强度以及GFRP筋锚固长度的设计建议.     

空气等离子体炬改性连续玻纤束的工艺研究

玻璃纤维表面光滑且呈化学惰性，聚丙烯缺少极性官能团，导致玻璃纤维与聚丙烯之间的界面润湿性能较差。为了提升玻璃纤维增强聚丙烯（GFRP）复合材料的界面结合性能，设计并搭建了空气等离子体炬处理装置，通过该装置在连续玻璃纤维束表面沉积SiO_x纳米颗粒，并测定了改性玻璃纤维的润湿性能和GFRP复合材料的界面剪切强度；采用响应曲面法（RSM）分析了喷嘴与纤维间的距离、载气流量、处理时间对玻璃纤维润湿性能的影响，并对这些工艺参数进行了优化。结果表明：当处理距离为20 mm、载气流量为1.5 L/min、处理时间为6 s时，与对照组相比，改性后的玻璃纤维与聚丙烯的接触角降低了49.8%，GFRP复合材料的界面剪切强度提高了94.7%；载气流量对玻璃纤维润湿性能的影响程度最大，处理时间次之，处理距离的影响最小。优化后的工艺参数为：喷嘴与纤维间的距离为18 mm，载气流量为1.7 L/min，处理时间为7 s。在此工艺条件下制备了空气等离子体炬改性的玻璃纤维，实测的接触角（24.6°）与预测值（25.0°）之间的偏差仅为1.6%。     

改进型碳纤维增强复合材料筋复合式锚具的锚固性能

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)筋锚具的结构形式及主要设计参数对锚固性能的影响,设计2个复合式锚具及3个改进型复合式锚具,并进行静载拉伸试验;通过对比分析不同锚具的极限荷载、金属筒测点应变以及锚具最后整体破坏形式,研究改进型CFRP筋复合式锚具的锚固性能。结果表明:在不施加预紧力前提下,改进型复合式锚具螺母纵向紧固力可以有效避免夹片滑移,黏结材料种类对锚固过程稳定性有一定影响,但并不影响最终锚固效果,筋材表面形式对锚具锚固性能影响较大;当金属筒厚度为3 mm、黏结长度为250 mm、夹片长度为100 mm时,带肋CFRP筋为中间炸裂式破坏,充分发挥了CFRP筋的抗拉特性,表明改进型CFRP筋复合式锚有良好的锚固性能。     

GFRP锚杆锚固特性研究

通过玻璃纤维增强塑料（GFRP）锚杆与水泥砂浆之间的粘结强度试验,研究了GFRP锚杆的锚固特性．包括不同强度等级砂浆对粘结强度的影响和GFRP锚杆直径对锚杆拉拔性能的影响．采用理论分析方法,研究了GFRP锚杆表面沿锚固长度方向的应力分布,获得了锚杆轴力和粘结应力沿杆长的分布规律．并采用数值模拟方法对结果进行了验证．