彎折部位錨固長度對BFRP箍筋抗剪強度影響試驗分析

林鋒

(后勤工程學院研究生管理大隊重慶401311)

彎折部位錨固長度對BFRP箍筋抗剪強度影響試驗分析

林鋒

(后勤工程學院研究生管理大隊重慶401311)

通過對14個試件的試驗研究，測定BFRP箍筋的抗剪性能，確定錨固長度對其抗剪強度的影響，從而得出BFRP箍筋抗剪強度和錨固長度的關(guān)系式。

BFRP箍筋；抗剪強度；彎折部位；錨固長度；折減

前言

FRP筋(纖維增強塑料筋)是以連續(xù)纖維為增強材料，以合成樹脂為基體材料，并摻入適量輔助劑，經(jīng)拉擠成型技術(shù)和必要的表面處理形成的一種新型復合材料，具有抗腐蝕、抗疲勞、強度高、重量輕、非電磁性等優(yōu)點。在結(jié)構(gòu)工程中使用FRP筋，可以解決鋼筋銹蝕、橋梁跨度受限及承載力不足等問題[1]，已成為一個重要的研究領(lǐng)域。

FRP箍筋一般是由FRP直筋彎折而成的，根據(jù)試驗或工程要求由生產(chǎn)廠家預先在工廠加工成型。對于采用熱固性樹脂成型的FRP筋而言，這一步需要在樹脂固化之前完成，否則會由于樹脂的損傷而對FRP筋材的受力性能造成不利影響。FRP箍筋的一個顯著特點是，其彎折部位的抗拉強度明顯低于直線部位的抗拉強度。對于FRP箍筋彎折部位抗拉強度的研究，國外學者開展了大量的試驗和理論分析工作[2][3]，國內(nèi)鮮有開展相關(guān)研究工作。有關(guān)研究表明[3][4]，混凝土強度的大小和FRP箍筋彎折部位的錨固長度對FRP箍筋彎折部位的抗拉強度有著一定的影響，但針對BFRP箍筋彎折部的錨固長度對BFRP箍筋彎折部位的抗拉強度的影響的研究目前還較少。

1 試驗設計原理

箍筋在梁的受力過程主要表現(xiàn)為抗拉強度，為了模擬箍筋在梁中的受拉作用，本文在搜集、對比有關(guān)FRP箍筋抗拉強度試驗研究資料[2][3][4]的基礎上，提出了一種測試BFRP箍筋彎折部位抗拉強度的試驗方法。試驗設計如下：截取一段BFRP連續(xù)螺旋箍筋，將其置于混凝土強度為C30的試件中。在箍筋直線部位上留出一定長度的無粘結(jié)段，以排除直線部位BFRP筋與混凝土之間粘結(jié)作用的影響。箍筋彎折部位錨固于混凝土之中，取不同的錨固長度。在混凝土試塊外的BFRP筋上設置套筒灌膠式錨具，采用穿心千斤頂施加軸向荷載，使BFRP筋承受軸向的拉力。

2 試驗概況

2.1 試驗材料

試驗用混凝土設計強度為C30，所留試塊和試件為同等條件養(yǎng)護。

試驗所用箍筋為石金公司提供的玄武巖連續(xù)纖維螺旋箍筋，筋直徑為8cm。為考察現(xiàn)場使用的BFRP的實際力學性能，根據(jù)國家標準《定向纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》（GB/T3354-1999）制作試樣，進行BFRP的力學性能試驗，所測得的材料力學性能見表1。

表1 BFRP直筋的材料性能

圖1 玄武巖連續(xù)纖維螺旋箍筋

2.2 試件制作

試驗所用箍筋為從螺旋箍筋上截取一段L型箍筋，箍筋的外皮尺寸為275mm×155mm，BFRP螺旋箍筋樣式見圖1。試件的尺寸為180mm×180mm× 255mm。BFRP箍筋兩端均設置套筒灌膠式錨具，兩端錨具均伸出混凝土塊之外，從而在澆筑混凝土的過程中起到固定BFRP箍筋的作用。加載端的套筒伸入無粘結(jié)段內(nèi)50mm，目的是為了使加載端的BFRP筋得到充分的錨固，避免在BFRP箍筋破壞之前發(fā)生BFRP筋與套筒之間的粘結(jié)滑移破壞。

表2 試件編號及錨固長度

試驗所做試件的編號及錨固長度如表2。

2.3 試驗加載

試驗采用穿心千斤頂對BFRP箍筋施加荷載，由于穿心千斤頂不能持荷，且一旦停止送油，可能會出現(xiàn)回油現(xiàn)象，因此，試驗中需要對箍筋進行連續(xù)加載，加載速率不宜太快，擬控制在100MPa/min，直至BFRP箍筋發(fā)生破壞。試驗加載方式見圖2。

圖2 試件加載方案圖

3 試驗結(jié)果和分析

3.1 試驗數(shù)據(jù)

試驗結(jié)果數(shù)據(jù)如表3所示。

3.2 試件破壞特征

BFRP箍筋均為在混凝土中破壞，所有混凝土的強度達到了試驗所需的強度。從試驗結(jié)果中可以看到BFRP的破壞位置均為箍筋的彎折部位，均為被拉斷。這說明彎折部位為BFRP箍筋的薄弱部位。破壞形狀見圖3。

3.3 試驗結(jié)果分析

在同一個加載系統(tǒng)下，不同錨固長度的BFRP箍筋的破壞模式都是相同的，都在彎折部位破壞，可見BFRP箍筋的彎折部位屬薄弱環(huán)節(jié)，遠達不到直線段的強度。

從試驗數(shù)據(jù)中不難看出，BFRP箍筋承載能力隨著彎折部位在混凝土中的錨固長度的增加而增加（如圖4）。

圖3 BFRP箍筋在其彎折部位拉斷

表3 試驗數(shù)據(jù)表

圖4 不同錨固長度條件下BFRP箍筋強度

圖5 不同錨固長度條件下彎折部位強度折減比較

從表2中可以看出，隨著錨固長度的增加，所測得的BFRP箍筋的強度增加。圖5為測得的BFRP箍筋彎折部位強度與筋縱向強度比值和BFRP箍筋在混凝土中的錨固長度的一個關(guān)系圖，從圖中我們可以看出，錨固長度增加，BFRP箍筋的強度雖增加，但是這種增的加趨勢越來越小，當錨固長度達到一定時，BFRP箍筋的強度不會再增加，也就是錨固長度這一因素在達到一定值時對BFRP箍筋的強度將不再有影響。BFRP箍筋破壞強度總是小于其縱向強度，故BFRP箍筋的抗拉強度即由彎折部位控制。通過數(shù)據(jù)偶合處理，可以得到BFRP箍筋抗拉強度和錨固長度關(guān)系的計算公式：18.44%≤f.ave/fu.ave=-0.00349Ld2+ 0.941Ld-6.649<60%

Ld——箍筋的錨固長度，當Ld值大于140mm時，取值140mm。

4 結(jié)束語

通過試驗研究了BFRP箍筋的抗拉剪強度性能，表明在在混凝土強度為C30情況下：

（1）BFRP箍筋的彎折部位為其受力的薄弱部位，其破壞也都是發(fā)生在這個部位。

（2）因BFRP筋的各向異性的特點，其彎折部位的強度不會超過其筋縱向強度。

（3）承載力隨著其在混凝土中的錨固長度的增加而增加，但當錨固長度達到一定長度時，其強度基本上不再增加，基本保持不變，且不會超過BFRP筋縱向強度值的60%。

（4）混凝土強度為C30時，BFRP箍筋抗拉強度與錨固長度的關(guān)系式。

[1]Benmokrane B．ChaallaI O．Masmoudi R FlexuraI response of concrete beams reinforced with FRP reinforcing bars[J]．ACI，StructureJourna1.1996，91(1):46—55.

[2]Ryan.David.Morthy.Behaviour of Fibre Reinforced Polymer(FRP)Stirrups as Shear Reinforcement for Concrete Structures[D].A Thesis of Structural Engineering Division Department of Civil and Geological Engineering University of Manitoba，06，1999.

[3]Ehsani，M.R，H.Saadatmanesh，and S.Tao.Bond of Hooked Glass Fibre Reinforced Plastic(GFRP)Bars to Concrete[J].ACI Materials Journal，1995，92(4):391-400.

責任編輯：余詠梅

Influence of the Anchorage Length on Folded Part to Shear Strength of the BFRP Stirrups

This article draws a conclusion from the relations between the shear strength of the BFRP stirrups and the anchorage length by conducting experimental analysis of 14 test-pieces and by measuring the Shear strength performance of the BFRP stirrups which ensure the influence of the anchorage length to the shear strength.

BFRP stirrups;shear strength;anchorage length;reduction

TU502

A

1671-9107（2010）11-0026-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.11.026

2010-9-7

林鋒（1984-），男，福建福清人，后勤工程學院軍事建筑工程系碩士研究生。