聚合物基纤维增强结构构件耐温性试验研究与数值分析

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聚合物基纤维增强塑料FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)具有重量轻、强度高、易于施工、耐腐蚀性好等优点,因此在建筑结构加固工程领域中作为一种新型材料被大力推广与使用。其中常用的是外贴纤维补强技术,它利用树脂类胶结材料将增强纤维粘贴于结构构件表面,从而达到对原有结构构件的加固及其受力性能的改善。但是加固后的建筑结构仍然会受到环境温度变化的作用,其承载力和使用寿命如何是工程技术人员颇为关注的问题。 本文首先讨论了温度变化对结构胶粘结性能的影响,设计制作36个试件进行粘结抗拉试验,温度在18.5℃~120℃之间。18个试件进行粘结剪切试验,温度在25℃~60℃之间。研究表明:温度对粘结性能的影响较显著,超常温状态下结构胶粘结承载力急剧下降,表现在温度升高至60℃粘结抗拉强度急剧下降,而温度升高至45℃后粘结抗剪强度与剪切模量急剧下降。接着对纤维复合物FRP试件进行温度梯度下的拉伸力学试验,分析了温度效应对FRP材料力学性能的影响。 其次设计了FRP增强混凝土梁的模型,对24根矩形截面无腹筋梁进行了温度梯度下的三点弯曲试验。分析温度、纤维的粘贴层数、纤维的宽度、端部有无锚固等因素对加固效果的影响。并且对试验梁不同温度下的承载力、挠度变化等作了分析。试验结果表明:温度变化影响了纤维布与混凝土之间的粘结效果,随着温度的升高,结构胶受热软化,粘结强度降低,进而使得试验梁的极限承载力下降,挠度增加。结合试验情况,按照结构设计原理有关理论,对试验梁的极限载荷进行了理论推导,并与试验结果相比较,基本吻合。 最后采用ANSYS有限元软件对纤维增强混凝土简支梁的受力性能进行了数值分析,并把数值分析的结果同试验结果作比较。
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