理论教育 纤维聚合物筋应力向混凝土传递的机理探析

纤维聚合物筋应力向混凝土传递的机理探析

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于纤维聚合物筋和混凝土间的胶着力很小,因此摩阻和机械咬合成为应力传递的主要方式。从扫描电子显微镜图像上观察到,只有当混凝土强度大于20~30MPa时才发生界面破坏,对于低强度的混凝土,纤维聚合物筋横肋间的混凝土被压碎,粘结强度主要由混凝土强度控制。与光面纤维聚合物筋相比,除了粘着力和摩阻力之外,机械咬合力对变形纤维聚合物筋与混凝土的粘结起主导的作用。

纤维聚合物筋应力向混凝土传递的机理探析

从已有的国内外实验结果看,纤维聚合物筋与混凝土的粘结性能同钢筋和混凝土粘结性能相似,由以下几种因素组成;①纤维聚合物筋和混凝土间的化学粘结或胶结,主要取决于纤维聚合物筋的质量和混凝土的性能;②由于温度变化或水分吸收而引起的混凝土的收缩或纤维聚合物筋的膨胀而产生的握裹粘结;③阻止滑移的摩擦和机械咬合或纤维聚合物筋表面变形(如螺纹、凸肋、压痕等)对混凝土的挤压;④通过埋长、搭接、弯钩、横向钢筋的约束而产生的纤维聚合物筋的机械锚固。

粘结力的组成部分在不同的阶段有不同的影响。在拔出的初始阶段,化学粘结(胶着)起主要的抗拔作用,以后由摩阻和机械咬合代替。由于纤维聚合物筋和混凝土间的胶着力很小,因此摩阻和机械咬合成为应力传递的主要方式。事实上,为了充分描述沿纤维聚合物筋和混凝土界面上力的传递机理、需要考虑纤维聚合物筋材料的各向异性,因为它导致了纤维聚合物筋在纵向和横向上不同的力学物理特性。各向异性表现在纤维聚合物筋的剪切和横向特性由树脂控制,而纵向特性由纤维控制由于树脂的强度可能低于混凝土的抗压强度,从而导致了与钢筋不同的粘结性能,其破坏也可能是由于纤维聚合物筋表面变形或“横肋”的剪坏而不是混凝土的开裂引起的破坏。因此,纵向和横向的应力和应变对粘结性能的影响很大。这些性能,很大程度上依赖于温度和环境条件的变化,是决定粘结强度和纤维聚合物筋早期破坏形式的重要因素。

从扫描电子显微镜图像上观察到,只有当混凝土强度大于20~30MPa时才发生界面破坏,对于低强度的混凝土,纤维聚合物筋横肋间的混凝土被压碎,粘结强度主要由混凝土强度控制。因此,为了清楚地了解纤维聚合物筋和混凝土的粘结机理,根据纤维聚合物筋的外形把光面同变形分开来考虑。

(1)光面纤维聚合物筋。大量的试验结果表明,在光面纤维聚合物筋粘结力的组成中粘着力(第一阶段)和摩阻力(第二阶段)很明显,机械咬合力十分微小,特别当纤维聚合物筋相对于混凝土发生滑移后,粘着力消失,摩阻力成了拔出阻力的主要来源。此外,试验结果还表明,粘结强度的摩阻力基本上取决于树脂的质量。因此,树脂的不同光滑度影响着粘结,使光面纤维聚合物筋混凝土的粘结强度与混凝土强度的关系不大,影响拔出阻力的两个更深层次的因素是纤维聚合物筋内横向流体静力和由于周围混凝土硬化产生的流体静压或握裹力,其影响较大程度上依赖于试件本身的物理性能。因此,粘结的摩擦部分取决于横向体积模量,它代表着连接流体静力和应变的一个重要参数。体积模量可以定义为以下参数中任意两个的函数:横向弹模、横向剪切模量和横向泊松比

(2)变形纤维聚合物筋。与光面纤维聚合物筋相比,除了粘着力和摩阻力之外,机械咬合力对变形纤维聚合物筋与混凝土的粘结起主导的作用。事实上,在拉拔试验过程中,变形纤维聚合物筋与混凝土的粘结主要由其表面变形(凸肋、压痕和螺纹等)与混凝土基体的相互作用支承。为了使表面变形的纤维聚合物筋从周围硬化的混凝土中拔出,在径向和纵向平面内的横向压缩和剪切变形必须有一定发展,这个平面内纤维聚合物筋纵向剪切横量是这种作用的主要构成参数。因此,变形纤维聚合物筋的粘结特性取决于机械咬合可能的作用方式,它受纤维聚合物筋几何形状(如肋高、肋宽、肋距和肋斜角等)、混凝土特性以及纤维聚合物筋力学性能的影响。

【注释】

[1]周平.碳纤维片材加固胶粘剂.网络聚合物材料通讯,2005(2)。(www.daowen.com)

[2]李松辉,赵国藩,王松根.CFRP加固混凝土梁各受力阶段的剥离机理.工程力学,2005(1)。

[3]王业山,鹿风英,禹文明.剥离对CFRP加固混凝土构件受力性能的影响.山东交通学院学报,2006(1)。

[4]张鹏.混凝土梁碳纤维加固机理力法简析.力学与实践,2005(1)。

[5]刘彩虹.碳纤维布加固混凝土梁界面剪应力理论研究.山西建筑,2006(1)。

[6]姜景,钱玉林.聚丙烯纤维混凝土阻裂机理探讨.吉林水利,2004(3)。

[7]易志坚,杨庆国,李祖伟等.基于断裂力学原理的纤维混凝土阻裂机理分析.重庆交通学院学报,2004(6)。

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