王 強(qiáng)，金清平，姜天華

（武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，武漢 430065）

由于鋼筋的銹蝕，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，此類工程事件屢見不鮮。纖維聚合物筋（Fiber Reinforced Polymer Bars）［1］具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕性能好、可設(shè)計(jì)性能好等優(yōu)點(diǎn)。FRP筋作為鋼筋的替代物在工程結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)FRP筋與混凝土的粘結(jié)性能研究已經(jīng)取得了一定的成果［2，3］。Larralde等人［4，5］進(jìn)行拉拔試驗(yàn)是采用同直徑的GFRP筋，并采用不同錨固長(zhǎng)度進(jìn)行研究以探索其破壞狀態(tài)。Al－Zahrani等人［6］研究表明：粘結(jié)應(yīng)力的變化呈現(xiàn)非線性不均勻分布［7］。謝晶晶等分析了FRP筋錨桿的粘結(jié)滑移，同時(shí)研究了支護(hù)設(shè)計(jì)方法，得到了粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的簡(jiǎn)化模型［8］。FRP筋與混凝土結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作中，粘結(jié)性對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性耐久性是相當(dāng)重要的。

1 試驗(yàn)方案

FRP筋與混凝土進(jìn)行粘結(jié)性能試驗(yàn)研究是采用中心拉拔試驗(yàn)方法。試驗(yàn)中，記錄每一試件的最大拉拔破壞力、破壞方式以及試驗(yàn)現(xiàn)象。

本試驗(yàn)所用的材料為深圳海川新材料科技有限公司所生產(chǎn)的乙烯基GFRP筋。采用?20、?25兩種直徑的GFRP筋。GFRP筋幾何尺寸如表1所示。現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土試塊，制作邊長(zhǎng)150mm混凝土立方體與拉拔試塊。并在相同條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)28d。

表1 不同直徑GFRP筋的幾何尺寸表

參照錨桿試驗(yàn)拉拔規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)操作。試驗(yàn)前，檢查手動(dòng)泵或電動(dòng)泵的油量和各連接部位是否牢固，確認(rèn)無(wú)誤后再進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)緩慢均勻地操作手動(dòng)泵壓桿。當(dāng)錨桿出現(xiàn)明顯位移時(shí)，停止加壓。記錄錨桿拉力計(jì)此時(shí)的讀數(shù)，即為拉拔試驗(yàn)值。錨桿拉拔計(jì)在試驗(yàn)過程中應(yīng)固定牢靠錨桿。拉拔時(shí)應(yīng)緩慢地逐級(jí)均勻加載，直到錨桿滑動(dòng)或桿體破壞為止，并做詳細(xì)記錄。

常用的粘結(jié)試驗(yàn)有拉拔試驗(yàn)和梁式試驗(yàn)。該文采用的是拉拔試驗(yàn)。拉拔試驗(yàn)試件為邊長(zhǎng)150mm混凝土立方體［9］。粘結(jié)長(zhǎng)度為直徑3～5倍。如圖1所示。拉拔試塊加載裝置采用微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，拉拔試塊固定于自制鋼筋反力架中，焊接于反力架底部的鋼板固定于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的另一端夾住FRP筋。試驗(yàn)時(shí)，采用電腦控制加載。試驗(yàn)過程中勻速加載，試件發(fā)生破壞時(shí)就立即停止試驗(yàn)。

2 拉拔試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象描述

試驗(yàn)過程中隨著加載速率的增大，可清晰地聽到連續(xù)的噼啪聲，在荷載達(dá)到40.8kN時(shí)，直徑25的試件發(fā)生拔出破壞。抽出的GFRP筋體有摩擦痕跡，并且有一些粉末狀的混凝土碎屑。FRP筋與混凝土的粘結(jié)破壞會(huì)出現(xiàn)三種破壞形式［10］：筋拔出破壞、混凝土劈裂片破壞和筋拉斷破壞。本次試驗(yàn)中出現(xiàn)兩種破壞形式：筋拉出破壞、混凝土劈裂破壞，如圖2所示。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1）不同直徑的試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)要求，在保證變量養(yǎng)護(hù)齡期及埋深相同時(shí)，進(jìn)行不同直徑GFRP筋拉拔試驗(yàn)對(duì)比。對(duì)于該文，符合以上要求的只有埋深100mm的直徑?20和直徑?25拉拔試件。經(jīng)過計(jì)算分析可知，直徑20的桿件在埋深為100mm（5d）時(shí)，其受到的拉拔承載力平均值為45.5kN，粘結(jié)強(qiáng)度平均值為7.24MPa。直徑25的桿件在埋深為100mm（5d）時(shí)，其受到的拉拔承載力平均值為45.63kN，粘結(jié)強(qiáng)度平均值為5.57MPa。記錄數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同直徑對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表

由表2可知直徑?20的桿件拉拔承載力為45kN與直徑?25的桿件承載力45.32kN，相差不大，影響不太明顯。由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的限制，對(duì)于本次試驗(yàn)，筋體直徑大小對(duì)試件的拉拔承載力的影響不太明顯，還有待更深入的研究。對(duì)于粘結(jié)強(qiáng)度，直徑?25兩個(gè)試件的粘結(jié)強(qiáng)度為5.77MPa、4.07MPa均小于直徑?20兩個(gè)試件7.32MPa、7.16MPa。兩者相差比較大，變化比較明顯。對(duì)于粘結(jié)強(qiáng)度，其大小隨直徑的增加而減小。

2）不同埋深桿件拉拔對(duì)比試驗(yàn)

本次比較選用齡期28d，直徑?20、?25兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。經(jīng)分析可知，拉拔承載力隨著直徑的增加而增大。直徑?20中，直徑3d至4d拉拔承載力平均增長(zhǎng)率為19.9%，直徑4d至5d平均增長(zhǎng)率為10.25%。直徑?28中，直徑3d至4d拉拔承載力平均增長(zhǎng)率為22.3%，直徑4d至5d平均增長(zhǎng)率為21.7%。由此可知，隨之埋深的增大，拉拔增長(zhǎng)率逐漸減小。將粘結(jié)強(qiáng)度繪成折線圖，如圖3所示。

由上述4條變化曲線可分析得隨著埋深的增加，對(duì)應(yīng)拉拔試件的粘結(jié)強(qiáng)度是減小的。對(duì)于直徑?20拉拔試件，粘結(jié)強(qiáng)度的變化比較明顯，隨著埋深倍數(shù)的增加，粘結(jié)強(qiáng)度減小的速率減慢。而對(duì)于直徑稍大的?25，粘結(jié)強(qiáng)度的變化曲線相對(duì)比較平緩，變化也比較不明顯。

試驗(yàn)表明直徑與埋置深度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響是比較明顯的。粘結(jié)強(qiáng)度隨著直徑與粘結(jié)長(zhǎng)度的增加而減小。

3 結(jié)論及展望

a.GFRP筋拉拔承載力與直徑和埋深的關(guān)系。拉拔承載力隨著直徑和埋深的增大而增大，而增長(zhǎng)率逐漸減小。隨著直徑與粘結(jié)長(zhǎng)度的增大，GFRP筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度逐漸減小。

b.FRP是代替鋼筋腐蝕而提高混凝土耐久度工作的，但此次試驗(yàn)未曾考慮過在侵蝕環(huán)境下的工作狀況。試驗(yàn)中可以適當(dāng)模擬工程實(shí)際情況，試件周圍有其他荷載的情況下進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。

c.FRP筋表面螺紋情況及混凝土強(qiáng)度對(duì)FRP筋與混凝土的粘結(jié)性能影響還需深入研究。

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