謝青海,孫成建,肖建莊,趙李榮

(1.江蘇海洋大學(xué) 土木與港海工程學(xué)院,江蘇 連云港 222005; 2.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院,上海 200092; 3.江蘇省海洋工程基礎(chǔ)設(shè)施智能建造工程研究中心,江蘇 連云港 222005)

0 引言

近年來(lái),纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(fiber reinforced polymer,簡(jiǎn)稱(chēng)FRP)在工程中得到廣泛應(yīng)用,其中GFRP和BFRP筋因在電磁場(chǎng)中絕緣、不導(dǎo)電、絕熱性好,故常被應(yīng)用于防電磁干擾的特殊環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)中[1-3]。FRP筋應(yīng)用到混凝土結(jié)構(gòu)中需要應(yīng)對(duì)很多挑戰(zhàn),高溫作用就是其中之一[4]。研究表明,FRP筋樹(shù)脂基體在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg時(shí)會(huì)軟化,當(dāng)溫度超過(guò)Tg后,彈性模量因其分子結(jié)構(gòu)變化而顯著降低[5]。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí),超過(guò)樹(shù)脂分解溫度Td后,樹(shù)脂會(huì)發(fā)生熱分解,纖維則彼此分離,導(dǎo)致FRP筋力學(xué)性能急劇降低直至喪失[6]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者持續(xù)研究FRP筋高溫力學(xué)性能。Ashrafi等[6]、Wang等[7]和Hajiloo等[8]研究了高溫中玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)筋抗拉性能退化規(guī)律。結(jié)果表明,當(dāng)溫度為350～450 ℃時(shí),由于樹(shù)脂發(fā)生熱分解,GFRP筋抗拉強(qiáng)度顯著下降50%～70%。Najafabadi等[9]在Ashrafi等[6]的基礎(chǔ)上,將GFRP筋埋入混凝土套筒中,發(fā)現(xiàn)包覆混凝土可減少GFRP筋約20%的抗拉強(qiáng)度損失。

為更全面地了解FRP筋高溫力學(xué)性能,朱德舉等[10]通過(guò)雙剪試驗(yàn)研究了小直徑(<5 mm)GFRP筋和玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(BFRP)筋不同高溫后抗剪性能,發(fā)現(xiàn)筋材剪切強(qiáng)度隨著溫度升高均呈先上升后下降趨勢(shì)。而蔡啟明等[11]通過(guò)短梁剪切試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),直徑為12和16 mm的GFRP筋和BFRP筋的剪切強(qiáng)度均隨溫度升高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。唐利等[12]則通過(guò)高溫后沖切試驗(yàn)方式,發(fā)現(xiàn)直徑為8 mm的BFRP筋抗剪強(qiáng)度隨溫度升高而降低。

已有文獻(xiàn)對(duì)FRP筋高溫受拉性能研究較為充分。但由于FRP筋為各向異性材料,高溫后抗剪和抗壓強(qiáng)度退化情況仍需深入研究,以便對(duì)不同直徑FRP筋高溫力學(xué)性能有更全面的認(rèn)識(shí)[11]。本研究通過(guò)高溫后雙剪試驗(yàn)和抗壓試驗(yàn),研究不同直徑GFRP筋和BFRP筋高溫后的破壞模式和力學(xué)性能退化情況;進(jìn)一步基于Weibull模型對(duì)GFRP筋和BFRP筋高溫后剪切和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,量化高溫力學(xué)性能的變異性。

1 試驗(yàn)材料及分組

選用帶肋GFRP筋和BFRP筋,基體為環(huán)氧樹(shù)脂。以直徑16 mm筋材為例,其尺寸及形貌示意圖見(jiàn)圖1。試驗(yàn)溫度分別取室溫(20 ℃),50,200,250,300,350,400 ℃。剪切試驗(yàn)取直徑為6,10和16 mm的BFRP和GFRP筋,抗壓試驗(yàn)取直徑為10和16 mm的BFRP和GFRP筋,試件基本信息見(jiàn)表1。剪切試驗(yàn)試件長(zhǎng)度為300 mm,抗壓試驗(yàn)試件長(zhǎng)度取為直徑的2倍。

2 試驗(yàn)方法及裝置

2.1 高溫試驗(yàn)

基于《纖維增強(qiáng)塑料高低溫力學(xué)性能試驗(yàn)準(zhǔn)則》(GB/T 9979—2005)要求,并綜合朱徳舉等[10]和蔡啟明等[11]采用的高溫試驗(yàn)方法,以確保FRP筋內(nèi)外達(dá)到一致溫度。在高溫試驗(yàn)中,升溫速率采用5 ℃/min,達(dá)到設(shè)定溫度后恒溫2 h,之后FRP筋在高溫爐里冷卻至常溫,升溫曲線如圖2所示。通過(guò)稱(chēng)量所有試件在高溫前后的質(zhì)量,計(jì)算不同直徑FRP筋經(jīng)歷高溫后的燒失量。

圖2 升溫曲線Fig.2 Heating curve

另外參考規(guī)范《玻璃纖維增強(qiáng)塑料樹(shù)脂含量測(cè)試方法》(GB/T 2577—2005),對(duì)FRP筋的樹(shù)脂含量進(jìn)行測(cè)試。同樣基于高溫前后質(zhì)量差異,計(jì)算得到不同直徑FRP筋的樹(shù)脂含量。

2.2 剪切試驗(yàn)

參考規(guī)范《土木工程用玻璃纖維增強(qiáng)筋》(JG/T 406—2013),采用雙剪測(cè)試裝置(見(jiàn)圖3)。采用位移加載方式,加載速率為2 mm/min。每種溫度試件數(shù)量為6個(gè),試件長(zhǎng)度為300 mm。

圖3 FRP筋剪切試驗(yàn)設(shè)備Fig.3 Shear test equipment for FRP bars

剪切強(qiáng)度計(jì)算公式為

fv=P/2A。

(1)

式中:fv為FRP筋剪切強(qiáng)度,MPa;P為最大破壞荷載,N;A為FRP筋橫截面積,mm2。

2.3 抗壓試驗(yàn)

目前尚無(wú)FRP筋受壓試驗(yàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),參考文獻(xiàn)[12],FRP筋試件長(zhǎng)度取為直徑的2倍。裝置如圖4所示,采用位移加載方式,加載速率為1 mm/min。每種溫度試件數(shù)量為6個(gè)。取直徑16 mm的FRP筋測(cè)試高溫后的受壓彈性模量。

圖4 FRP筋抗壓試驗(yàn)設(shè)備Fig.4 Compression test equipment for FRP bars

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 燒失量

不同高溫后的GFRP筋和BFRP筋燒失量見(jiàn)圖5。當(dāng)溫度達(dá)到150 ℃時(shí),已經(jīng)超過(guò)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg,環(huán)氧樹(shù)脂開(kāi)始軟化,燒失量無(wú)明顯變化。當(dāng)溫度超過(guò)300 ℃時(shí),環(huán)氧樹(shù)脂開(kāi)始快速分解,燒失量隨溫度升高而急劇增加。當(dāng)溫度為350 ℃時(shí),GFRP筋平均燒失量為6.72%,BFRP筋平均燒失量為8.14%;當(dāng)溫度達(dá)到400 ℃時(shí),兩種FRP筋的燒失量快速增加到15%到20%;BFRP筋的燒失量比GFRP筋略高。

圖5 不同溫度后FRP筋燒失量Fig.5 Ignition loss of FRP bars after different temperatures

不同直徑的GFRP筋和BFRP筋樹(shù)脂含量如圖6所示。GFRP筋樹(shù)脂平均含量約為19.71%,BFRP筋樹(shù)脂平均含量約為21.52%。對(duì)比圖5和圖6可以發(fā)現(xiàn),400 ℃時(shí)大部分樹(shù)脂已分解。

圖6 不同直徑FRP筋樹(shù)脂含量Fig.6 Resin content of FRP bars of different diameters

3.2 高溫后試件破壞模式

3.2.1 受剪破壞模式 GFRP筋和BFRP筋高溫

后受剪破壞模式見(jiàn)圖7。以BFRP筋為例,其在室溫(20 ℃)和150,200和250 ℃高溫后,FRP筋受剪處出現(xiàn)裂縫,并且裂縫長(zhǎng)度隨著溫度的升高而延伸;當(dāng)在300 ℃高溫后,FRP筋受剪處的纖維束與樹(shù)脂發(fā)生剝離。在不同高溫后,FRP筋受剪破壞模式可分為5種:① 受剪處兩端均未斷裂;② 受剪處一端斷裂;③ 受剪處兩端斷裂;④ 受剪處纖維束呈松散狀;⑤ 受剪處纖維絲呈蓬松狀。隨著溫度的升高,受剪處的形狀越來(lái)越不規(guī)則,破壞越來(lái)越嚴(yán)重。GFRP筋破壞模式與BFRP筋類(lèi)似,如圖7f所示。

a 20 ℃

b 200 ℃

c 300 ℃

d 350 ℃

e 400 ℃

f GFRP筋圖7 不同溫度后FRP筋受剪破壞模式Fig.7 Shear failure mode of FRP bars after different temperatures

從圖7f中也可以明顯看出GFRP筋樹(shù)脂炭化過(guò)程:隨著溫度升高,GFRP筋顏色由淺綠色逐漸轉(zhuǎn)變成淺褐色、深褐色、炭黑色。而B(niǎo)FRP筋表面顏色隨溫度變化不明顯,最后轉(zhuǎn)變?yōu)樘亢谏?/p>

3.2.2 受壓破壞模式 不同高溫后GFRP筋和BFRP筋的受壓破壞模式見(jiàn)圖8。FRP筋受壓破壞模式可分為3種:① 端部破壞;② 劈裂破壞;③ 剝離破壞。隨著溫度的升高,FRP筋破壞時(shí)縱向裂縫逐漸變寬,承壓面裂紋逐漸增寬。BFRP筋破壞模式與GFRP筋類(lèi)似,如圖8b所示。

b BFRP筋圖8 不同溫度后FRP筋受壓破壞模式Fig.8 Compression failure mode of FRP bars after different temperatures

3.3 高溫后FRP筋剪切性能退化分析

3.3.1 高溫后FRP筋剪切荷載—位移曲線 高溫后FRP筋剪切荷載—位移曲線見(jiàn)圖9。當(dāng)溫度不超過(guò)300 ℃時(shí),樹(shù)脂分解較少,FRP筋中的纖維和樹(shù)脂基體共同抵抗剪力;隨著荷載增加,內(nèi)部裂紋開(kāi)展,FRP筋中的纖維和樹(shù)脂基體共同承受荷載的能力被削弱,剪切變形主要由樹(shù)脂基體承擔(dān),荷載增長(zhǎng)較慢;隨著樹(shù)脂基體的承擔(dān)剪切變形達(dá)到極限,剪應(yīng)力重新分配,剪切變形主要由纖維承擔(dān),荷載增長(zhǎng)速度明顯加快,直至纖維被剪斷,最終FRP筋呈脆性破壞[10]。當(dāng)溫度達(dá)到350 ℃時(shí),大量樹(shù)脂發(fā)生不可逆分解,嚴(yán)重降低了纖維和樹(shù)脂基體的共同作用。隨著位移增加,荷載增長(zhǎng)緩慢,峰值荷載對(duì)應(yīng)的位移明顯增加。經(jīng)歷400 ℃高溫后,FRP筋樹(shù)脂與纖維的粘結(jié)基本喪失(如圖7e所示),峰值荷載迅速降低。直徑16 mm的GFRP筋由于纖維全部散落,未能測(cè)得400 ℃后的剪切強(qiáng)度?？傮w而言,FRP筋破壞時(shí)的峰值荷載與對(duì)應(yīng)位移隨著FRP筋直徑變大而增加。

a GFRP筋(直徑6 mm)

b GFRP筋(直徑10 mm)

c GFRP筋(直徑16 mm)

d BFRP筋(直徑6 mm)

e BFRP筋(直徑10 mm)

f BFRP筋(直徑16 mm)圖9 高溫后FRP筋剪切荷載—位移曲線Fig.9 Shear load—displacement curves of heated FRP bars

3.3.2 高溫后FRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度 高溫后FRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度見(jiàn)圖10。可以發(fā)現(xiàn),隨著溫度升高,FRP筋剪切強(qiáng)度總體呈先升高后下降趨勢(shì)。

b BFRP筋

c GFRP筋與BFRP筋對(duì)比圖10 高溫后FRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度Fig.10 Relative shear strength of heated FRP bars

如圖10a所示,GFRP筋剪切強(qiáng)度在300 ℃及之前,高于常溫值,之后則迅速降低。350,400 ℃高溫后,直徑越大的GFRP筋,相對(duì)剪切強(qiáng)度越小。結(jié)合圖10a與圖5可以發(fā)現(xiàn),GFRP筋燒失量在300 ℃之前較小,在300 ℃之后迅速增加,與GFRP筋的剪切強(qiáng)度變化規(guī)律吻合。這主要由于當(dāng)溫度低于300 ℃時(shí),樹(shù)脂從固態(tài)到玻璃態(tài),冷卻至室溫后樹(shù)脂再?gòu)牟ＡB(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程增加了GFRP筋的硬度,使得GFRP筋剪切強(qiáng)度有所升高;當(dāng)溫度高于300 ℃時(shí),樹(shù)脂基體發(fā)生不可逆分解,是導(dǎo)致剪切強(qiáng)度退化的重要原因[10-11]。

圖10a也對(duì)比了其他試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯?本文GFRP筋高溫后剪切強(qiáng)度退化規(guī)律與付亞男[13]試驗(yàn)結(jié)果較為接近。朱德舉等[10]試驗(yàn)結(jié)果表明,4 mm GFRP筋在300 ℃后剪切強(qiáng)度即有約20%退化,同時(shí)300 ℃之后的退化程度與本文相比較緩。Robert等[14]測(cè)試了GFRP筋高溫時(shí)的剪切強(qiáng)度,結(jié)果顯示,GFRP筋剪切強(qiáng)度在溫度為100 ℃時(shí)即下降超過(guò)10%,在300 ℃時(shí)則下降約75%,退化程度顯著高于圖10a中高溫冷卻后的結(jié)果,這說(shuō)明GFRP筋在高溫冷卻后剪切強(qiáng)度有明顯恢復(fù)。

與GFRP筋類(lèi)似,如圖10b所示,BFRP筋的剪切強(qiáng)度在300 ℃之后有明顯下降,并且直徑越大退化越顯著。強(qiáng)度退化原因與GFRP筋類(lèi)似。直徑為6 mm的BFRP筋在本文試驗(yàn)溫度內(nèi),相對(duì)剪切強(qiáng)度均高于其他直徑的BFRP筋,且在350 ℃及之前,高于朱德舉等[10]關(guān)于4.45 mm BFRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果。唐利等[12]基于沖壓式試驗(yàn)、蔡啟明等[11]通過(guò)短梁試驗(yàn)測(cè)得BFRP筋高溫后的剪切強(qiáng)度,其退化程度比本文和朱德舉等[10]的結(jié)果均更嚴(yán)重。

本文GFRP筋與BFRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度對(duì)比如圖10c所示?？梢园l(fā)現(xiàn),除了直徑為6 mm的BFRP筋在200,300,350 ℃相對(duì)剪切強(qiáng)度較高外,其他相同直徑的GFRP筋與BFRP筋高溫后的剪切強(qiáng)度退化規(guī)律基本相同,在300～400 ℃高溫作用后,相對(duì)剪切強(qiáng)度隨溫度升高而直線下降。直徑為10 mm的FRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度在350 ℃為75%左右,到400 ℃則迅速降到32%;直徑為16 mm的FRP筋則從50%迅速降到30%。這表明直徑增加引起的相對(duì)剪切強(qiáng)度退化程度,顯著低于高溫作用。

此外,在300 ℃后,直徑越大的筋材,剪切強(qiáng)度損失越多。結(jié)合圖5中燒失量數(shù)據(jù)與圖7中筋材高溫后形貌,可以看出,樹(shù)脂的炭化顯著降低了內(nèi)部纖維與樹(shù)脂的共同作用,內(nèi)部纖維間的空隙增多,達(dá)到峰值荷載的剪切變形則較大[10]。而直徑越大的筋材,在剪切變形作用下,更多的纖維過(guò)早退出,引起剪切強(qiáng)度退化更多。

3.3.3 高溫后FRP筋剪切強(qiáng)度變異性 Weibull分布常用于FRP筋強(qiáng)度變異性描述[10,15]。兩參數(shù)Weibull分布函數(shù)的基本形式為

(2)

式中:f(x|α,β)為累積失效概率;x為FRP筋強(qiáng)度;α為尺度參數(shù);β為形狀參數(shù)。

高溫后FRP筋剪切強(qiáng)度Weibull分布曲線見(jiàn)圖11。當(dāng)溫度小于300 ℃時(shí),其剪切強(qiáng)度的分布集中于150～250 MPa,當(dāng)溫度高于300 ℃時(shí),對(duì)應(yīng)的Weibull分布曲線處于低強(qiáng)度區(qū)。與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),Weibull模型可以較好地描述剪切強(qiáng)度概率分布。

a GFRP筋(直徑6 mm)

b GFRP筋(直徑10 mm)

c GFRP筋(直徑16 mm)

e BFRP筋(直徑10 mm)

f BFRP筋(直徑16 mm)圖11 高溫后FRP筋剪切強(qiáng)度Weibull分布累積失效概率曲線Fig.11 Cumulative failure probability of shear strength of heated FRP bars based on Weibull distribution

3.3.4 高溫后FRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度回歸分析 通過(guò)對(duì)高溫后FRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度進(jìn)行回歸分析,得到FRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度隨溫度變化計(jì)算公式?；谟欣矸质絒16]得到FRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度擬合公式(3),FRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度與擬合曲線對(duì)比如圖12所示,可以發(fā)現(xiàn),擬合公式與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

圖12 高溫后FRP筋相對(duì)剪切強(qiáng)度擬合曲線Fig.12 Fitting curve of relative shear strength of FRP bars after high temperatures

(3)

式中:T為溫度,℃;d為FRP筋直徑,mm;fs0為常溫時(shí)抗剪強(qiáng)度,MPa;fs,T為高溫T后抗剪強(qiáng)度,MPa。

3.4 高溫后FRP筋抗壓性能退化分析

3.4.1 高溫后FRP筋受壓應(yīng)力—應(yīng)變曲線 高溫后16 mm直徑FRP筋受壓應(yīng)力—應(yīng)變曲線見(jiàn)圖13?？梢园l(fā)現(xiàn),FRP筋受壓應(yīng)力—應(yīng)變曲線為斜直線,各曲線斜率相近,破壞時(shí)FRP筋突然斷裂,屬于線彈性材料,無(wú)屈服平臺(tái)。基于應(yīng)力—應(yīng)變曲線,計(jì)算得到高溫后FRP筋受壓彈性模量,如圖14所示。在室溫時(shí),測(cè)得GFRP筋和BFRP筋平均受壓彈性模量分別為42.65 GPa和63.99 GPa。在150,200,250和300 ℃高溫后,FRP筋的彈性模量均無(wú)明顯變化。由于350 ℃高溫后筋材已經(jīng)嚴(yán)重受損,無(wú)法貼應(yīng)變片,因而未測(cè)得相應(yīng)彈性模量。

a GFRP筋

圖14 高溫后FRP筋受壓彈性模量Fig.14 Compressive elastic modulus of heated FRP bars

(4)

3.4.2 高溫后FRP筋相對(duì)抗壓強(qiáng)度 高溫后FRP筋相對(duì)抗壓強(qiáng)度見(jiàn)圖15。從圖15a中可以看出,GFRP筋抗壓強(qiáng)度退化也可分為兩段:300 ℃之前略有增加并緩慢下降,或者持續(xù)緩慢下降,而300 ℃之后迅速降低。結(jié)合圖5中的高溫?zé)Я糠治?可以認(rèn)為在300 ℃之前,樹(shù)脂分解較少,冷卻后性能得以恢復(fù),由于樹(shù)脂與纖維之間熱膨脹系數(shù)等熱工性能差異導(dǎo)致纖維與樹(shù)脂之間的界面性能有所降低[10],抗壓強(qiáng)度退化不多;而在350和400 ℃高溫后,大量樹(shù)脂不可逆分解,造成GFRP筋抗壓強(qiáng)度快速下降。直徑為10 mm GFRP筋在350和400 ℃后分別降低了78.01%和98.17%,而直徑為16 mm FRP筋分別降低了85.87%和99.58%。400 ℃高溫后,抗壓強(qiáng)度可以認(rèn)為完全喪失。

a GFRP筋

c 不同直徑FRP筋擬合圖15 高溫后FRP筋相對(duì)抗壓強(qiáng)度Fig.15 Relative compressive strength of FRP bars after high temperatures

如圖15a所示,Alajarmeh等[17]研究了常溫至140 ℃時(shí)不同長(zhǎng)徑比(l/d=4)的GFRP筋高溫抗壓強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)在溫度超過(guò)100 ℃時(shí),GFRP筋抗壓強(qiáng)度退化已經(jīng)超過(guò)50%。通過(guò)對(duì)比本文高溫冷卻后的結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)GFRP筋抗壓強(qiáng)度在高溫冷卻后有顯著恢復(fù)。BFRP筋高溫后抗壓強(qiáng)度退化,如圖15b所示,以300 ℃為界限,退化規(guī)律與GFRP筋類(lèi)似。唐利等[12]的研究結(jié)果得到的高溫后抗壓強(qiáng)度退化規(guī)律與本文相似,在350 ℃高溫后,抗壓強(qiáng)度損失約80%。

圖15a和b同時(shí)對(duì)比了朱德舉等[10]關(guān)于GFRP筋和BFRP筋高溫后抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度在350 ℃退化較少。在其他溫度退化規(guī)律與抗壓強(qiáng)度類(lèi)似。

GFRP筋與BFRP筋高溫后抗壓強(qiáng)度退化規(guī)律對(duì)比如圖15c所示。可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)歷相同溫度后,GFRP筋相對(duì)殘余抗壓強(qiáng)度略高于BFRP筋。在300～400 ℃高溫作用后,相對(duì)抗壓強(qiáng)度隨溫度升高而迅速下降。直徑為10 mm的FRP筋相對(duì)抗壓強(qiáng)度在300 ℃為95%～105%,到350 ℃則迅速降到20%～25%;直徑為16 mm的FRP筋則從65%～80%迅速降到約10%～15%;到400 ℃均基本完全損失強(qiáng)度。這表明溫度升高引起的相對(duì)抗壓強(qiáng)度退化程度,顯著高于直徑增加。

直徑越大,GFRP筋和BFRP筋高溫后的抗壓強(qiáng)度退化均越顯著。由于FRP筋中纖維方向與受力方向相同,纖維對(duì)抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小,抗壓強(qiáng)度主要由樹(shù)脂提供。在高溫作用后,樹(shù)脂逐漸分解炭化,內(nèi)部結(jié)構(gòu)開(kāi)始變得松散[11]。同時(shí)FRP筋直徑越大,內(nèi)部初始缺陷越多,當(dāng)溫度升高時(shí),內(nèi)部順著纖維方向的裂紋也越多。受壓時(shí),這些裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展,因而直徑更大的FRP筋強(qiáng)度退化更多。

3.4.3 高溫后FRP筋相對(duì)抗壓強(qiáng)度回歸分析 FRP筋相對(duì)抗壓強(qiáng)度擬合曲線如圖15c所示,對(duì)應(yīng)的擬合公式如式(4)所示,可以看出,公式與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 高溫會(huì)導(dǎo)致GFRP筋和BFRP筋形貌發(fā)生顯著變化。當(dāng)溫度高于300 ℃時(shí),FRP筋燒失量明顯增大,FRP筋中的樹(shù)脂基體發(fā)生不可逆分解,樹(shù)脂與纖維的共同作用迅速減弱,造成受剪與受壓性能顯著退化。高溫引起的強(qiáng)度退化,比直徑引起的強(qiáng)度退化更為顯著。

(2) 隨著溫度升高,GFRP筋和BFRP筋剪切強(qiáng)度均先增加后減小。當(dāng)溫度高于300 ℃時(shí),剪切強(qiáng)度迅速下降,且直徑越大強(qiáng)度退化越多。

(3) 經(jīng)歷相同溫度后,直徑越大的FRP筋抗壓強(qiáng)度損失越多。BFRP筋高溫后的受壓彈性模量高于GFRP筋,兩者彈性模量在300 ℃之前近似保持不變。GFRP筋和BFRP筋高溫后抗壓強(qiáng)度比剪切強(qiáng)度退化更嚴(yán)重,且變異性更高。

(4) 基于Weibull分布模型,建立了FRP筋高溫后剪切強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度概率模型,能較好反映其變異性。同時(shí)本文給出了FRP筋高溫后剪切和抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式,與試驗(yàn)值吻合較好,可供相關(guān)分析與設(shè)計(jì)參考。