结构新型热塑性FRP筋的开发及其折弯理论、工艺和力学性能

针对热固性FRP筋在工程结构中应用时存在的不可二次折弯、不可回收利用等不足，本项目意在发展新型的热塑性FRP筋。首先，对热塑性树脂与增强纤维浸渍工艺进行理论分析和实验研究，完善光面及带肋热塑性FRP筋的研制和开发；其次，对热塑性FRP筋的物理力学性能、蠕变、疲劳及耐久性能指标进行研究，检验其是否能够达到或者优于钢筋或热固性FRP筋的相关性能，判断其是否适合实际工程应用，并以此来改进和完善浸渍模型和生产工艺；再次，建立基于复合材料力学和宏观力学的强度模型，并对弯筋弯曲部位强度的理论与实验研究比较分析，给出弯筋弯曲部位强度的设计方法；最后，对热塑性FRP筋的弯曲理论、软化及弯曲工艺、弯筋及箍筋性能进行结构实验分析设计和研究。通过上述热塑性FRP筋制品、性能的系统研究，建立热塑性FRP筋的二次折弯的理论、实验与设计方法，为弥补热固性FRP筋的不足，推广FRP筋在土木工程中的应用提供理论基础。

FRP材料以其诸如轻质、高强和高耐久性等优点赢得了土木工程科研人员的青睐。但目前，土木工程结构中不论是对结构进行加固还是增强所使用的FRP筋、板等材料都是采用热固性FRP材料。FRSP存在整体柔韧性较差、破坏没有预兆、同时存在污染环境，不能二次回收等问题。并且，FRSP材料不具有二次成型的特点，使得结构中许多特殊形式如弯筋或箍筋等不易实现。针对FRSP材料的这些不足，本课题基于FRP的另外一种体系——热塑性FRP材料，研制开发了玻璃纤维增强聚丙烯筋。对其生产工艺、物理及力学性能、耐久性能和折弯工艺等进行了系统的研究。本课题主要研究内容及成果如下：.首先，对GFRPP筋的生产工艺进行了研究。对增强纤维与树脂熔体的浸渍过程进行了理论分析，确定了合适的浸渍工艺；同时通过制品性能和生产工艺要求确定了纤维与树脂在制品中的含量，确定了混合树脂各组分配比；并采用自行研制的在线熔融浸渍的热塑性拉挤工艺装置，以及热塑性拉挤缠绕、热塑性拉挤模压装置生产出光面GFRPP筋和带肋GFRPP筋，同时确定了生产工艺参数并研究了生产工艺参数对制品性能的影响，并对GFRPP筋制品的表面及内部缺陷进行了分析。.其次，对自行研制生产的不同树脂及纤维配比和表面形式的GFRPP筋分别进行了拉伸强度、拉伸模量、层间剪切强度、冲击韧性以及吸水率等物理及力学性能的测试，并与热固性FRP筋进行对比研究。同时，对自行研制的GFRPP筋进行了在酸、碱和盐溶液中的耐久性常规和加速试验对比研究以及紫外光快速老化试验研究。通过对试件的拉伸强度、拉伸模量、抗冲击性以及层间剪切强度等性能的试验研究，讨论了GFRPP筋耐环境腐蚀性能。并采用FHWA法对GFRPP筋在10℃，100%RH环境中的耐久性寿命进行预测。同时，通过进行GFRPP筋紫外光加速老化试验研究，讨论了炭黑的掺入对制品耐紫外光老化性能的影响。.最后，对自行研制的GFRPP筋进行了折弯理论的分析，并研究了GFRPP筋折成弯筋或箍筋的具体工艺；根据GFRPP筋的折弯条件开发研制出结构简单、适合于GFRPP筋折弯的弯曲机。同时对弯曲后的GFRPP筋进行了混凝土粘结性能试验和采用GFRPP作为箍筋的加筋混凝土梁受弯实验，以此来讨论GFRPP作为弯筋和箍筋是否满足土木工程需要。

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