CFRP索预应力结构连接式锚具试验研究

发布时间：2020-10-24 03:20

　　 新结构的诞生和新材料的发展使得当代建筑呈现无限的可能性。随着建筑工业4.0的升级,人们对建筑工程的要求也越来越高,越来越多的新结构中广泛使用新材料。碳纤维复合增强材料(下文简称CFRP)是一种新型高强度复合材料,具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,同时力学性能也相当出众。据研究表明,CFRP索弦支穹顶结构在静力性能和稳定性上要普遍优于钢索弦支穹顶结构。要把CFRP这一种新材料真正运用在大跨空间结构中,首要任务是建立适用的CFRP索锚固体系。本文受到国家自然科学基金项目(编号51478209、51608234)的资助,对CFRP弦支穹顶结构进行锚具设计和制作,并进行预应力加载和结构加载试验。研究的主要内容和成果如下:(1)CFRP索锚具灌胶工艺。对课题组前几代的灌胶工艺进行了优化,研发出一套优良的灌胶工艺,采用这种灌胶工艺后能够更加稳定地发挥CFRP筋的最大承载力。(2)基于内聚力模型的CFRP索锚具承载力公式和静载回弹曲线分析。对CFRP索锚具静载过程进行了力学分析,探讨了在粘结滑移过程中的受力机理。参考了众多粘结滑移本构方程后,在基于传统内聚力模型的基础上对静载过程中试件承载力公式进行了推导,同时对静载过程中的回弹曲线进行了分析并建立了本构方程,并解出了本构关系式的解析解。(3)CFRP索弦支穹顶有限元分析。采用MIDAS软件对弦支穹顶结构进行粗算,从仿真计算结果中提取结构中径索、环索的相关参数,并作为锚具的设计值。(4)CFRP锚具锚固性能试验。基于有限元计算结果,经过多次改进,对锚具构造进行了优化,确定了CFRP索弦支穹顶径索、环索锚具的具体尺寸,并通过锚固试验验证其锚固性能。(5)CFRP索弦支穹顶锚具设计和制作设计并制作了适用于CFRP索弦支穹顶结构的环索锚具、径索锚具和节点锚具。运用成熟的灌胶工艺,经多次优化,对最初设计的锚具进行了优化设计。(6)CFRP索弦支穹顶锚具应力分布分析通过预应力张拉试验和结构加载试验,对弦支穹顶试验中所采集到的数据对锚具的工况进行分析,观察在试验中CFRP索锚固区应力沿筋材长度方向的分布情况,结果表明,在加载过程中,环索锚具锚固区应力分布共包括5个阶段,在每个阶段中,自由端应力始终保持最大。各部位界面应力均随加载而增大。临界阶段之前,环索中部应力小于加载端应力;临界阶段后,中部应力大于加载端应力;径索自由端应力在各阶段始终高于其他部位的应力。本文最后指出了CFRP锚固体系在弦支穹顶结构中应用还应解决的一些问题,并提出了一些建议。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU399
【部分图文】：

将钢索替换为 CFRP 索能够有效提高结构的。要将 CFRP 材料真正应用在弦支穹顶中[和发展简介使用的 CFRP 索主要分为 CFRP 筋材（棒8]是将单向纤维通过环氧树脂等基底材料进成型，工艺具有费用低、质量高、纤维方向丝处理，通过改变表面的构造来增大机械由多股小直径绞线构成，类似于钢绞线的FRP 绞线粘结性能更突出。

使用的 CFRP 索主要分为 CFRP 筋材（棒材[8]是将单向纤维通过环氧树脂等基底材料进成型，工艺具有费用低、质量高、纤维方向丝处理，通过改变表面的构造来增大机械咬线由多股小直径绞线构成，类似于钢绞线的FRP 绞线粘结性能更突出。图 1.1 碳纤维筋Fig. 1.1 carbon fiber tendons

江苏大学硕士学位论文内 CFRP 索的应用还在探索研究阶段，目前工程应用中大多数为试有名的比如有江苏大学的 CFRP 索斜拉桥、南京诺尔泰 CFRP 悬05 年，江苏大学[25]和东南大学[29]合作建成 CFRP 拉索人行斜拉桥 51.5m，为国内第一座 CFRP 索斜拉桥。斜拉索全部采用北京特日本进口三菱 CFRP 索，型号为 Leadline 型，分为 6-D8、11-D8 拉桥主塔两侧布置 4 对拉索，CFRP 索的锚具采用东南大学自主结型锚具[31]。该桥如图 1.3 所示。
【参考文献】

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本文编号：2853946