高温后FRP筋拉伸性能及其与混凝土粘结性能试验研究

作     者：王英来 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李趁趁

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：高温 FRP筋 纵向拉伸性能 粘结性能 锚固长度 粘结-滑移本构关系曲线 

摘      要：纤维增强聚合物(FRP)筋具有重量轻、抗拉强度高、耐腐蚀性能好等诸多优点,可作为钢筋的替代或补充材料用于增强混凝土结构,因此在土木工程领域受到广泛研究和实际应用。但由于FRP筋热稳定性差,在一定程度上限制了FRP筋的推广应用。与钢筋混凝土结构相似,FRP筋与混凝土的粘结性能是二者协同工作的基础。但由于高温后FRP筋会发生玻化、热分解,FRP筋与混凝土的粘结性能会发生显著变化。因此,研究高温后FRP筋力学性能及其与混凝土粘结性能对于FRP筋混凝土结构防火、抗火至关重要。本文通过拉伸试验、拉拔试验,着重研究了高温后FRP筋的纵向拉伸性能以及高温后FRP筋与混凝土之间的粘结性能。主要包括以下几方面工作： 1.通过拉伸试验对高温作用前后BFRP筋和GFRP筋的纵向拉伸性能进行试验研究。试验参数包括温度、FRP筋直径、FRP筋种类和恒温时间。结果表明,随着温度的升高,FRP筋的抗拉强度逐渐下降。在试验温度范围内,高温作用对FRP筋的拉伸弹性模量影响较小。随着直径的增大,BFRP筋的抗拉强度呈增大趋势,但增大幅度较小。BFRP筋直径越小,高温后BFRP筋抗拉强度降低程度越大;不同温度作用后,FRP筋直径对弹性模量的影响没有明显规律。BFRP筋的耐高温性能优于GFRP筋。在270℃高温作用下,随着恒温时间的增加,FRP筋的抗拉强度逐渐下降,在0.5h内下降较大,之后下降变缓。 2.通过拉拔试验对高温作用前后BFRP筋和GFRP筋与混凝土之间的粘结性能进行试验研究。试验参数包括温度、粘结长度、FRP筋直径、混凝土强度等级、混凝土保护层厚度及混凝土表面涂刷防火涂料。结果表明,FRP筋与混凝土的粘结强度随着温度的升高而降低,GFRP筋较BFRP筋与混凝土的粘结强度受温度影响更大。FRP筋与混凝土的粘结强度随着粘结长度和FRP筋直径的增大而减小,随着混凝土保护层厚度和混凝土强度的增大而增大。在不同高温作用后,BFRP筋与混凝土的粘结强度高于GFRP筋与混凝土的粘结强度;涂防火涂料对FRP筋与混凝土粘结强度的影响无明显规律。在没有合适的防护措施下,当工作温度高于300℃时,BFRP筋和GFRP筋均不适宜用作混凝土增强材料。 3.建议了高温后FRP筋抗拉强度折减系数;基于试验结果及国内外现有研究成果,提出了常温下和高温后FRP筋与混凝土之间粘结强度计算公式,提出了常温下和高温后FRP筋在混凝土中的锚固长度计算公式。 4.总结了国内外现有FRP筋与混凝土粘结-滑移本构关系模型,同时利用现有BPE模型和CMR模型对试验得到的粘结-滑移曲线上升段进行拟合,试验曲线与模型曲线吻合良好;利用ANSYS有限元软件对FRP筋与混凝土之间的粘结滑移进行模拟,能较为准确地模拟粘结滑移的真实受力过程。