【摘 要】
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纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,FRP)以其高比强度、比刚度、耐腐蚀及耐疲劳等突出性能在土木工程领域中得到越来越广泛的关注与应用。随着经济的飞速发展,越来越多的大跨桥梁的建设被提上日程,但传统钢拉索因其自重大、易腐蚀和易疲劳等缺点限制了其在大跨桥梁结构上的应用。而FRP材料以其优异的性能成为代替钢材成为新型拉索的的热门候选,玄武岩纤维增强复合材料
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纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,FRP)以其高比强度、比刚度、耐腐蚀及耐疲劳等突出性能在土木工程领域中得到越来越广泛的关注与应用。随着经济的飞速发展,越来越多的大跨桥梁的建设被提上日程,但传统钢拉索因其自重大、易腐蚀和易疲劳等缺点限制了其在大跨桥梁结构上的应用。而FRP材料以其优异的性能成为代替钢材成为新型拉索的的热门候选,玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Plastic/Polymer,BFRP)因其生产成本低,各项性能较高等优点有望在桥梁领域得到更加广泛的研究与应用。BFRP作为桥梁拉索在服役期间可能遭到如车辆撞击等横向冲击荷载,而FRP材料是显著的各项异性材料,且其基体材料是温度敏感材料,本文利用Instron Ceast 9340型冲击试验机和MTS万能试验机测试了了BFRP筋在不同条件下的横向抗冲击性能及其残余拉伸承载力,并利用电子显微镜观察了BFRP筋冲击处破坏形态,本文具体研究内容和成果如下:(1)测试了常温下,4组预拉力比值(2%、10%、20%和30%)和4组冲击能量(12.76 J、19.14 J、25.52 J和31.90 J)耦合作用下BFRP筋的低速冲击响应,同时测试了未完全断裂试件的残余拉伸承载力。试验结果表明,BFRP筋的损伤破坏模式包括冲击面树脂破碎、部分纤维断裂和BFRP筋完全断裂。在冲击能量为19.14 J,预拉力从2%增大到10%和20%时,BFRP筋的破坏模式从冲击面树脂破碎转变为部分纤维断裂。施加预拉力提高了BFRP筋断裂时的耗能,但对峰值荷载影响较小。BFRP筋未完全断裂时,试件的残余变形、耗能和冲击时间与预拉力呈负相关;当BFRP筋完全断裂时,冲击后试样的残余变形随预拉力的增大而减小,耗能和冲击时间先增大后减小。BFRP筋的残余拉伸承载力随冲击能量的增大而减小。研究发现BFRP筋的残余拉伸承载力和试件耗能/总冲击能量(耗能比)都能较好地评估BFRP筋的损伤程度。(2)研究了不同温度(-20℃、25℃、50℃和90℃)和冲击能量(12.76 J、19.14 J、25.52 J和31.90 J)耦合作用下BFRP筋的横向抗冲击性能和残余拉伸承载力。研究表明,试验温度的变化对BFRP筋冲击破坏形态和峰值荷载影响不明显,但试件残余变形和耗能随温度升高呈上升趋势。峰值荷载、残余变形和耗能均随冲击能量的增加而增大,冲击时间随冲击能量先增大后减小。在12.76 J冲击能量下,BFRP筋残余拉伸承载力随着温度的升高呈现降低趋势,在常温下,冲击能量为12.76 J时,BFRP筋的残余拉伸承载力最高。不同冲击能量下BFRP筋试件耗能比随温度的改变呈现不同变化趋势。(3)测试了在低冲击能量作用下(12.76 J),预拉力和温度耦合作用下BFRP筋的横向抗冲击性能和残余拉伸承载力。结果表明,温度与预拉力的耦合作用对BFRP筋的冲击破坏形态影响不显著,预拉力对峰值荷载的影响较温度显著,温度的升高增大了BFRP筋冲击点处最大变形和残余变形,而预拉力的施加呈现相反的结果。预拉力的施加降低了BFRP筋耗能,且常温下BFRP筋耗能最低。预拉力和温度对BFRP筋残余拉伸承载力的影响是相互的,不同预拉力和温度作用后,BFRP筋可能拥有相同的残余拉伸承载力。
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