弯折部位锚固长度对BFRP箍筋抗剪强度影响试验分析

林锋

(后勤工程学院研究生管理大队重庆401311)

弯折部位锚固长度对BFRP箍筋抗剪强度影响试验分析

林锋

(后勤工程学院研究生管理大队重庆401311)

通过对14个试件的试验研究，测定BFRP箍筋的抗剪性能，确定锚固长度对其抗剪强度的影响，从而得出BFRP箍筋抗剪强度和锚固长度的关系式。

BFRP箍筋；抗剪强度；弯折部位；锚固长度；折减

前言

FRP筋(纤维增强塑料筋)是以连续纤维为增强材料，以合成树脂为基体材料，并掺入适量辅助剂，经拉挤成型技术和必要的表面处理形成的一种新型复合材料，具有抗腐蚀、抗疲劳、强度高、重量轻、非电磁性等优点。在结构工程中使用FRP筋，可以解决钢筋锈蚀、桥梁跨度受限及承载力不足等问题[1]，已成为一个重要的研究领域。

FRP箍筋一般是由FRP直筋弯折而成的，根据试验或工程要求由生产厂家预先在工厂加工成型。对于采用热固性树脂成型的FRP筋而言，这一步需要在树脂固化之前完成，否则会由于树脂的损伤而对FRP筋材的受力性能造成不利影响。FRP箍筋的一个显著特点是，其弯折部位的抗拉强度明显低于直线部位的抗拉强度。对于FRP箍筋弯折部位抗拉强度的研究，国外学者开展了大量的试验和理论分析工作[2][3]，国内鲜有开展相关研究工作。有关研究表明[3][4]，混凝土强度的大小和FRP箍筋弯折部位的锚固长度对FRP箍筋弯折部位的抗拉强度有着一定的影响，但针对BFRP箍筋弯折部的锚固长度对BFRP箍筋弯折部位的抗拉强度的影响的研究目前还较少。

1 试验设计原理

箍筋在梁的受力过程主要表现为抗拉强度，为了模拟箍筋在梁中的受拉作用，本文在搜集、对比有关FRP箍筋抗拉强度试验研究资料[2][3][4]的基础上，提出了一种测试BFRP箍筋弯折部位抗拉强度的试验方法。试验设计如下：截取一段BFRP连续螺旋箍筋，将其置于混凝土强度为C30的试件中。在箍筋直线部位上留出一定长度的无粘结段，以排除直线部位BFRP筋与混凝土之间粘结作用的影响。箍筋弯折部位锚固于混凝土之中，取不同的锚固长度。在混凝土试块外的BFRP筋上设置套筒灌胶式锚具，采用穿心千斤顶施加轴向荷载，使BFRP筋承受轴向的拉力。

2 试验概况

2.1 试验材料

试验用混凝土设计强度为C30，所留试块和试件为同等条件养护。

试验所用箍筋为石金公司提供的玄武岩连续纤维螺旋箍筋，筋直径为8cm。为考察现场使用的BFRP的实际力学性能，根据国家标准《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》（GB/T3354-1999）制作试样，进行BFRP的力学性能试验，所测得的材料力学性能见表1。

表1 BFRP直筋的材料性能

图1 玄武岩连续纤维螺旋箍筋

2.2 试件制作

试验所用箍筋为从螺旋箍筋上截取一段L型箍筋，箍筋的外皮尺寸为275mm×155mm，BFRP螺旋箍筋样式见图1。试件的尺寸为180mm×180mm× 255mm。BFRP箍筋两端均设置套筒灌胶式锚具，两端锚具均伸出混凝土块之外，从而在浇筑混凝土的过程中起到固定BFRP箍筋的作用。加载端的套筒伸入无粘结段内50mm，目的是为了使加载端的BFRP筋得到充分的锚固，避免在BFRP箍筋破坏之前发生BFRP筋与套筒之间的粘结滑移破坏。

表2 试件编号及锚固长度

试验所做试件的编号及锚固长度如表2。

2.3 试验加载

试验采用穿心千斤顶对BFRP箍筋施加荷载，由于穿心千斤顶不能持荷，且一旦停止送油，可能会出现回油现象，因此，试验中需要对箍筋进行连续加载，加载速率不宜太快，拟控制在100MPa/min，直至BFRP箍筋发生破坏。试验加载方式见图2。

图2 试件加载方案图

3 试验结果和分析

3.1 试验数据

试验结果数据如表3所示。

3.2 试件破坏特征

BFRP箍筋均为在混凝土中破坏，所有混凝土的强度达到了试验所需的强度。从试验结果中可以看到BFRP的破坏位置均为箍筋的弯折部位，均为被拉断。这说明弯折部位为BFRP箍筋的薄弱部位。破坏形状见图3。

3.3 试验结果分析

在同一个加载系统下，不同锚固长度的BFRP箍筋的破坏模式都是相同的，都在弯折部位破坏，可见BFRP箍筋的弯折部位属薄弱环节，远达不到直线段的强度。

从试验数据中不难看出，BFRP箍筋承载能力随着弯折部位在混凝土中的锚固长度的增加而增加（如图4）。

图3 BFRP箍筋在其弯折部位拉断

表3 试验数据表

图4 不同锚固长度条件下BFRP箍筋强度

图5 不同锚固长度条件下弯折部位强度折减比较

从表2中可以看出，随着锚固长度的增加，所测得的BFRP箍筋的强度增加。图5为测得的BFRP箍筋弯折部位强度与筋纵向强度比值和BFRP箍筋在混凝土中的锚固长度的一个关系图，从图中我们可以看出，锚固长度增加，BFRP箍筋的强度虽增加，但是这种增的加趋势越来越小，当锚固长度达到一定时，BFRP箍筋的强度不会再增加，也就是锚固长度这一因素在达到一定值时对BFRP箍筋的强度将不再有影响。BFRP箍筋破坏强度总是小于其纵向强度，故BFRP箍筋的抗拉强度即由弯折部位控制。通过数据偶合处理，可以得到BFRP箍筋抗拉强度和锚固长度关系的计算公式：18.44%≤f.ave/fu.ave=-0.00349Ld2+ 0.941Ld-6.649<60%

Ld——箍筋的锚固长度，当Ld值大于140mm时，取值140mm。

4 结束语

通过试验研究了BFRP箍筋的抗拉剪强度性能，表明在在混凝土强度为C30情况下：

（1）BFRP箍筋的弯折部位为其受力的薄弱部位，其破坏也都是发生在这个部位。

（2）因BFRP筋的各向异性的特点，其弯折部位的强度不会超过其筋纵向强度。

（3）承载力随着其在混凝土中的锚固长度的增加而增加，但当锚固长度达到一定长度时，其强度基本上不再增加，基本保持不变，且不会超过BFRP筋纵向强度值的60%。

（4）混凝土强度为C30时，BFRP箍筋抗拉强度与锚固长度的关系式。

[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.

责任编辑：余咏梅

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

林锋（1984-），男，福建福清人，后勤工程学院军事建筑工程系硕士研究生。