結構新型聚丙烯基FRP筋、OFBG傳感器及其性能.pdf

1、FRP（Fibre Reinforced Polymer）材料以其諸如輕質、高強和高耐久性等優(yōu)點贏得了土木工程科研人員的青睞。但目前，土木工程結構中不論是對結構進行加固還是增強所使用的 FRP筋、板等材料都是采用熱固性 FRP材料（FRSP，F(xiàn)iber Reinforced Thermosetting Polymer）。FRSP存在整體柔韌性較差、破壞沒有預兆、同時存在污染環(huán)境，不能二次回收等問題。再者，F(xiàn)RSP材料不具有二次成型的特點

2、，使得結構中許多特殊形式不易實現(xiàn)，如彎筋或箍筋等。同時，F(xiàn)RSP不論是筋還是板多為預制使用，在現(xiàn)場基本沒有再加工能力。針對 FRSP材料的這些不足，本文基于 FRP的另外一種體系——熱塑性FRP材料（FRTP，F(xiàn)iber Reinforced Thermoplastic Polymer），開發(fā)了玻璃纖維增強聚丙烯（GFRPP，Glass Fiber Reinforced Polypropylene）筋。對其生產(chǎn)工藝、物理及力學性能、耐久

3、性能和折彎工藝等進行了系統(tǒng)的研究。同時，在充分研究了 GFRPP筋及其樹脂基體性能的基礎上，我們還開發(fā)出 GFRPP-OFBG（Optical Fiber Bragg Grating）智能筋以及適用于瀝青路面應變監(jiān)測的 PP-OFBG應變傳感器，并進行了實驗驗證和工程應用。本文主要研究內容如下：
　　首先，對 GFRPP筋的生產(chǎn)工藝進行了研究。對增強纖維與樹脂熔體的浸漬過程進行了理論分析，確定了合適的浸漬工藝；同時通過制品性能和生

4、產(chǎn)工藝要求確定了纖維與樹脂在制品中的含量，確定了混合樹脂各組分配比；并采用自行研制的在線熔融浸漬的熱塑性拉擠工藝裝置，以及熱塑性拉擠纏繞、熱塑性拉擠模壓裝置生產(chǎn)出光面 GFRPP筋和帶肋 GFRPP筋，同時確定了生產(chǎn)工藝參數(shù)并研究了生產(chǎn)工藝參數(shù)對制品性能的影響，并對 GFRPP筋制品的表面及內部缺陷進行了分析。
　　其次，對自行研制生產(chǎn)的不同樹脂及纖維配比和表面形式的 GFRPP筋分別進行了拉伸強度、拉伸模量、層間剪切強度、沖擊韌

5、性以及吸水率等物理及力學性能的測試，并與熱固性FRP筋進行對比研究。針對GFRPP筋徑向強度低，拉伸實驗時容易被實驗機夾具破壞的特點，通過 ANSYS有限元分析，設計出了適合于試驗應用的錨夾具。
　　再次，對自行研制的 GFRPP筋進行了折彎理論的分析，并研究了 GFRPP筋折成彎筋或箍筋的具體工藝；根據(jù) GFRPP筋的折彎條件開發(fā)研制出結構簡單、適合于 GFRPP筋折彎的彎曲機。同時對彎曲后的 GFRPP筋進行了混凝土粘結性能試

6、驗和采用 GFRPP作為箍筋的加筋混凝土梁受彎實驗，以此來討論GFRPP作為彎筋和箍筋是否滿足土木工程需要。
　　第四，對自行研制的GFRPP筋進行了在20℃和60℃條件下的堿溶液以及60℃條件下酸和鹽溶液中的耐久性常規(guī)和加速試驗對比研究以及紫外光快速老化試驗研究。通過對試件的拉伸強度、拉伸模量、抗沖擊性以及層間剪切強度等性能的試驗研究，討論了 GFRPP筋耐環(huán)境腐蝕性能。并采用 FHWA法對GFRPP筋在10℃，100％RH環(huán)境

7、中的耐久性壽命進行預測。同時，通過進行GFRPP筋紫外光加速老化試驗研究，對不同炭黑含量的 GFRPP筋以及熱固性FRP筋進行了對比研究，通過對其沖擊韌性和層間剪切強度進行對比試驗，討論了炭黑的摻入對制品耐紫外光老化性能的影響。
　　第五，在 GFRPP筋的拉擠生產(chǎn)過程中，我們通過復合 OFBG的方法研制了 GFRPP-OFBG智能筋，并對其力學性能和感知性能進行了試驗研究，同時利用雙光柵法對 GFRPP筋拉擠成型過程中的溫度和應

8、變進行在線監(jiān)測，對GFRPP筋拉擠工藝過程控制參數(shù)提供參考，同時也檢測了智能筋成型工藝對其中光柵性能的影響。同時我們利用 PP基體采用擠出生產(chǎn)工藝封裝制造了PP-OFBG傳感元件，并對其進行了傳感性能的試驗研究，同時采用雙光柵法兩次測量對其成型過程中的溫度及應變變化進行了在線監(jiān)測，討論了采用此工藝來研制大應變傳感器的問題。
　　最后，基于 PP-OFBG傳感元件，同時通過設計 PP樹脂基體模量與瀝青混凝土模量相當，本文研制開發(fā)出主