拉挤/缠绕GFRP筋力学性能试验研究

摘要

本文以山东斯福特实业有限公司拉挤/缠绕GFRP筋生产线为依托，从生产、试验及应用三位一体的角度出发，对GFRP筋的力学性能进行了研究。
　　首先，对GFRP筋的材料组成及拉挤/缠绕成型工艺进行简单介绍，并制备低、中、高3种不同强度等级的1＃GFRP筋、2#GFRP筋、3#GFRP筋；
　　其次，对1#GFRP筋进行不同加载速率的拉伸性能试验研究、对不同直径的3#GFRP筋进行拉伸性能尺寸效应试验研究、对2#GFRP筋进行不同长细比的压缩性能试验研究、对3#GFRP筋进行不同应力水平的拉伸蠕变性能试验研究。试验结果表明：
　　（1）随加载速率增大，抗拉强度逐渐增大；随直径增大，抗拉强度逐渐减小；随长细比增大，抗压破坏强度逐渐减小；随应力水平提高，蠕变速率逐渐增大。
　　（2）拉伸破坏模式全部为劈裂破坏，而压缩破坏模式随长细比增大由剪切破坏和劈裂破坏演变为弯曲破坏。
　　（3）GFRP筋的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线均呈线性关系，表现为弹性变形，属于脆性材料。
　　（4）加载速率为2mm/min的同等条件下，1#、2#、3#GFRP筋的抗拉强度分别为491MPa、708MPa、1027MPa，弹性模量分别为28.5GPa、31.0GPa、48.1GPa。
　　（5）GFRP筋的抗压强度较低，仅是抗拉强度的37％左右；压缩弹性模量比拉伸弹性模量稍大，大约为拉伸弹性模量的1.1倍；拉伸蠕变破坏强度大约为抗拉强度的87%左右。
　　（6）测定 GFRP筋的拉伸性能指标时，建议采用的加载速率为2mm/min。测定GFRP筋的压缩性能指标时，建议采用的长细比应小于20。
　　最后，基于正交试验和FLAC3D数值模拟，对上述3种不同类型的GFRP筋进行隧道支护优化设计，4种因素对GFRP筋最大轴向应力的影响程度，按照从大到小的排列顺序为：GFRP筋类型、锚固长度、轴向排距、环向间距；另外，弹性模量越大，GFRP筋高强的性能优点越可以得到充分发挥。

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目录

1 绪论

1.1 选题依据

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和技术路线

2 GFRP筋材料组成及拉挤/缠绕成型工艺简介

2.1 材料组成

2.2 拉挤/缠绕成型工艺

2.3 本章小结

3 不同加载速率GFRP筋的拉伸性能试验研究

3.1 试验方案

3.2 试验结果

3.3 本章小结

4 不同直径GFRP筋的拉伸性能尺寸效应试验研究

4.1 试验方案

4.2 试验结果

4.3本章小结

5 不同长细比GFRP筋的压缩性能试验研究

5.1 试验方案

5.2 试验结果

5.3本章小结

6 不同应力水平GFRP筋的拉伸蠕变性能试验研究

6.1 聚合物基复合材料蠕变性能研究进展

6.2 试验方案

6.3 试验结果

6.4本章小结

7 基于正交试验和FLAC 3D数值模拟的GFRP筋隧道支护优化设计

7.1 FLAC 3D数值模拟用到的参数

7.2 正交试验设计

7.3 FLAC 3D数值模拟

7.4 调整优化正交试验最优方案

7.5本章小结

8 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

作者简历

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