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.

考虑水平力作用的改进型文克勒地基模型

针对文克勒地基模型不能计算在水平力作用下的弹性地基梁的不足,提出了改进的文克勒地基模型.依据文克勒基本假定,考虑水平力对梁剪力和弯矩产生的影响,采用位移法推导出弹性地基梁梁单元劲度矩阵的修正项,形成可以用于计算承受水平力的弹性地基梁梁单元劲度矩阵,并编制了相应的有限元计算程序.计算表明,采用本模型计算承受水平力作用的弹性地基梁,可以进行合理的结构设计.

GFRP筋拉伸力学性能温度效应试验研究

玻璃纤维增强塑料(GFRP)材料的力学性能对工作环境温度很敏感,在设计时应充分考虑环境温度对此的影响。通过试验研究在不同工作环境温度(20℃～120℃)条件下GFRP筋拉伸力学性能的温度效应。加载设备采用MTS322电液伺服静动万能试验机,试验温度由环境箱进行自动控制。试验结果表明:试件在加载过程中,会因损伤而发出清脆响声,其表面出现白斑状裂纹,随荷载增加响声增大而渐密;破坏形态多为较大范围内发生片状裂开破坏,偶见某一断面断裂破坏,均为脆性破坏;GFRP筋的力学性能对环境温度非常敏感,极限抗拉强度、抗拉初始弹性模量、屈服应变和极限延伸率随着环境温度增加而下降,而抗拉屈服后弹性模量变化规律则相反;GFRP筋应力–应变曲线在20℃～80℃时为双线性,随着温度升高,其屈服点逐渐降低,在100℃,120℃时应力–应变曲线变为线性。通过试验分析,建立考虑环境温度影响的GFRP筋应力–应变关系及其相关参数同环境温度的关系;提出考虑环境温度影响的GFRP筋极限抗拉强度计算公式。试验研究成果为GFRP筋在不同环境温度条件下应用提供了科学依据。

玻璃纤维增强复合材料筋材连接试验研究

本文通过实验研究了由两种不同的粘结材料对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋材的连接特性。研究表明采用环氧类树脂粘结剂进行钢套管和GFRP筋的连接,技术可行;环氧类树脂粘结剂的粘结滑移关系曲线上升段具有双折线特性。依据粘结滑移关系曲线,建议粘结强度设计值以屈服强度或控制变形量为确定标准,本试验建议取粘结极限强度的50%。提出了选择粘结剂的指标和温度影响、各种环境介质对其粘结性能劣化的影响试验要求。

弹性模量评价GFRP筋质量方法探讨

通过试验研究不同直径、不同环境温度条件下GFRP筋拉伸极限强度与其拉伸弹性模量的相关性。试验结果表明,基于拉伸弹性模量评价GFRP筋质量是可行的。建议采用拉伸弹性模量和变异系数作为控制指标来评价GFRP筋质量。采用此法来评价GFRP筋质量,可以采用普通试验装置,难度小,便于操作,为提高生产质量和出厂检验提供较好的保证。研究成果对GFRP筋在工程中应用推广具有实用意义。