玻璃纖維增強塑料錨桿桿體的力學(xué)性能研究.pdf

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1、玻璃纖維增強塑料錨桿桿體的力學(xué)性能研究李萍(長沙學(xué)院土木工程系，湖南長沙410003)摘要：高性能的GFRP桿體是提高GFRP錨桿高性能的關(guān)鍵。GFRP桿體的力學(xué)性能指標(biāo)是指導(dǎo)錨桿設(shè)計施工的重要參數(shù)。本文通過GFRP筋進行基本力學(xué)性能試驗，測定了GFRP筋的極限抗拉強度、彈性模量、延伸率、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系以及筋的抗剪強度，證實了GFRP筋可以代替鋼筋應(yīng)用在巖土錨固工程中。關(guān)鍵詞：玻璃纖維；增強塑料筋；力學(xué)性能；錨桿中圖分類號：TQl71．77+14文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1672-4011(2011)03一0107—021概述使用金屬錨桿、錨索必須解決好錨桿結(jié)構(gòu)的抗腐蝕與耐久性問題【

2、IJ，纖維(玻璃纖維、碳纖維和晴綸纖維)增強塑料(FiberReinforcedPlastic)本身具有耐腐蝕、強度高、耐疲勞、低松弛、重量輕、耐電磁等特點，用纖維增強塑料筋代替鋼筋制作錨桿具有不需要防腐保護、高強、耐久等優(yōu)點，具有廣泛的市場應(yīng)用前景和推廣使用價值。但纖維增強塑料錨桿作為一種新工藝、新技術(shù)，在設(shè)計制作及理論實踐方面還很不成熟很不完善。2玻璃纖維筋的縱向拉伸性能2．1縱向拉伸試驗按照GB／T13096．1—1991(拉擠玻璃纖維增強塑料桿拉伸性能試驗方法)舊j，對GFRP筋進行進行縱向拉伸性能試驗，測定GFRP筋破壞荷載、抗拉強度、彈性模量、破壞伸長率、應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系

3、等基本力學(xué)指標(biāo)。2．2試驗儀器與設(shè)備WE一1000型萬能材料試驗機，引伸計(0．001ram)，接頭夾套。根據(jù)文獻資料"J，GFRP筋橫向抗壓強度及層間剪切強度低，如果把GFRP試件直接夾在材料試驗機的夾頭上進行測試，很容易產(chǎn)生拉脫、壓碎和“抽芯”現(xiàn)象。為避免以上問題的產(chǎn)生，本試驗特設(shè)計制作專用接頭夾套具。本試件所用GFRP筋由單向連續(xù)纖維拉劑成型工藝制成，長度700mm，直徑19mm。2．3試驗結(jié)果與分析2．3．1破壞形式纖維增強塑料筋拉伸破壞形式大致有三種：桿體的拉裂發(fā)散、接頭夾套內(nèi)斷裂、桿體滑脫。后兩種破壞形式不是因材料本身強度原因引起的，而是由于桿體與夾具的不良夾持連接造成

4、的，應(yīng)盡量避免。試驗中，采用專門設(shè)計的夾套效果非常理想，完全避免了后兩種破壞形式。2．3．2拉伸彈性模量計算拉伸彈性模量取加載初期彈性范圍內(nèi)的六級荷載增量里的平均應(yīng)變增量，則彈性模量可由下式求得：。,40-4AP4△尸k?己5石2；瓦2歷瓦u，式中E～拉伸彈性模量，MPa；△P-載荷一變形曲線上初始直線段的載荷增量，N；L。一試驗前的測量標(biāo)距；D一試件直徑，mm；△8一與AP對應(yīng)的應(yīng)變增量；△L一與AP對應(yīng)的標(biāo)距k內(nèi)的變形增量，mm。取試件GFRPI(A=283．4mm2)的六級荷載，測量計算結(jié)果。平均應(yīng)變增量夏：墊￡』坐-里塑{型墮』幽×10～=2．10×10。3平均應(yīng)力增量面=

5、裟=84．69(MPa)拉伸彈性模量E=竽=40．3(GPa)低于鋼筋的彈性模量(180—250GPa)，比普通混凝土的彈性模量值大2—3倍。2．3．3應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系GFRP筋不像普通鋼簸有明顯的屈服階段，GFRP筋在破壞之前應(yīng)力一應(yīng)變呈線性關(guān)系，GFRP筋拉裂破壞屬脆性破壞。2．3．4拉伸強度拉伸強度計算按式：盯。=箋(2)式中盯。一拉伸強度，MPa；P。一試件破壞時的最大荷載，N。計算結(jié)果其平均拉伸強度為：877．0N／ram2。2．3．5延伸率延伸率作為塑性的表征指標(biāo)，用引伸計測量試件受荷載前及受荷載后的標(biāo)距長，進行拉伸延伸破壞率計算，計算公式見下式：幣：警×100％(3)式

6、中書一拉伸破壞延伸率，％；一試樣破壞時標(biāo)距的總伸長量，mm。試驗結(jié)果平均值為：2．059％。3抗剪試驗本試驗測定GFRP筋的橫向抗剪強度。所用萬能材料試驗機型號WE一10B，最大負(fù)荷100kN；與材料直徑相適應(yīng)的錨環(huán)、夾具。試件采用不同類型的兩種GFRP桿體，制作兩組試件，每組3根試件，試件長度30mill。試驗數(shù)據(jù)分析。桿體抗剪試驗中，產(chǎn)生兩個剪切破壞面，極限抗剪力按下式計算；死：魯(4)式中F。一最大剪切力；A一試件的橫載面積。試驗數(shù)據(jù)：第一組試件的平均極限抗剪切強度為255．1MPa。第二組試件的平均極限抗剪切強度為213．5MPa。對于I級熱軋鋼筋，取其極限抗拉強度fu=3

7、75MPa，則其純剪切情況下的極限抗剪強度tu一0．58，fu=217．5MPa；對于Ⅱ級熱軋鋼筋，取其極限抗拉強度Fu=500MPa，則其純剪切情況下的極限抗剪強度Tu一0．58，F(xiàn)u=290MPa從以上試驗數(shù)據(jù)可以看出，第一組GFRP纖維棒的極限抗剪強度高于I級鋼筋的極限抗剪強度，第二組GFRP纖維棒的極限抗剪強度與I級鋼筋的極限抗剪強度相差不大，第一組與第二組GFRP纖維棒的極限抗剪強度都小于Ⅱ級熱軋鋼筋的。4結(jié)論通鋼筋相差無幾甚至更高的抗剪強度，可以代替鋼筋應(yīng)