预应力碳纤维筋锚具组装件疲劳性能试验研究

发布时间：2021-05-25 19:40

　　碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称CFRP）筋材具有强度高、重量轻、抗疲劳、耐腐蚀等优良特性,是用于制作预应力筋或拉索的理想材料。然而该材料抗剪性能较差,抗挤压刚度不足,用作预应力筋需解决其锚固问题。同时预应力碳纤维筋用在受循环荷载作用的结构设计中时,其抗疲劳性能也必须成为考虑的重要因素。针对以上问题,首先,本文将预应力碳纤维筋锚固问题的研究重点放在锚固区碳纤维筋所受径向压应力上,通过分析夹片长度、锚环倾角及摩擦系数等参数,确定了各锚固变量的最佳值,为碳纤维预应力筋夹片式锚具的研究开发提供参考。接下来在拉-拉疲劳荷载下预应力碳纤维筋锚具组装件的抗疲劳性能试验结果显示,碳纤维筋在自由段发生破断,两端锚固良好,表明新型夹片式锚具组装件满足疲劳试验要求。同时,对试验结果的分析显示,在疲劳加载过程中,碳纤维筋受拉刚度的变化可以分为三个阶段：受拉刚度有所上升阶段、受拉刚度呈均匀变化阶段和受拉刚度迅速下降阶段。而碳纤维筋1×106周最大应力条件疲劳极限平均值为1501.4MPa,接近于静强度的75%,说明碳纤维材料应用于预应力结... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 碳纤维筋在结构及桥梁工程中的应用
    1.3 论文研究内容与主要工作
    1.4 论文组织结构
第二章 研究基础
    2.1 CFRP筋锚固体系研究现状
        2.1.1 粘结型锚具
        2.1.2 夹片式锚具
    2.2 CFRP筋疲劳性能研究现状
    2.3 锚固性能分析和理论建模
    2.4 关键技术研究
    2.5 本章小结
第三章 夹片式锚具锚固性能研究
    3.1 相关研究
    3.2 CFRP筋夹片式锚具锚固机理
        3.2.1 顶压时锚具组装件的受力分析
        3.2.2 顶压完毕锚具组装件的受力分析
        3.2.3 锚固时锚具组装件的受力分析
    3.3 新型夹片式锚具设计
        3.3.1 新型夹片式锚具设计概念
        3.3.2 新型夹片式锚具尺寸拟定
    3.4 试验内容
        3.4.1 加载方案
        3.4.2 试件编号
    3.5 夹片式锚具的试验结果分析
        3.5.1 CFRP筋锚固系统的破坏形式
        3.5.2 试验结果及现象
        3.5.3 锚环外表面应力分布
        3.5.4 CFRP筋弹性模量及延伸率
    3.6 预应力碳纤维筋夹片式锚具受力性能的有限元分析
        3.6.1 接触问题的基本理论
        3.6.2 Gap接触单元
        3.6.3 夹片式锚具的受力性能
        3.6.4 参数分析
        3.6.5 夹片顶压力临界值P_(cr)的确定
    3.7 本章小结
第四章 预应力碳纤维筋锚固系统抗疲劳性能试验研究
    4.1 疲劳试验描述
        4.1.1 试验目的
        4.1.2 影响因素
        4.1.3 试件编号
        4.1.4 试验装置
        4.1.5 测试内容
        4.1.6 加载程序
        4.1.7 破坏形式
    4.2 夹片式锚具组装件试验结果
        4.2.1 疲劳后组装件的破坏结果
        4.2.2 循环加载过程中CFRP筋轴向动应变曲线
        4.2.3 循环加载过程中锚环应变曲线
        4.2.4 循环加载对CFRP筋刚度的影响
        4.2.5 循环加载对锚环应变的影响
        4.2.6 条件疲劳极限
    4.3 本章小结
第五章 锚固系统疲劳强度分析方法初探
    5.1 概述
        5.1.1 疲劳寿命与强度
        5.1.2 CFRP筋锚固系统等幅疲劳试验存在一定的分散性
        5.1.3 CFRP复合材料疲劳机理
        5.1.4 CFRP复合材料疲劳寿命图
    5.2 FRP复合材料疲劳理论与寿命预测
        5.2.1 S-N曲线理论
        5.2.2 疲劳损伤的理论模型
    5.3 疲劳损伤浅析和疲劳寿命预测
        5.3.1 锚固系统疲劳损伤
        5.3.2 CFRP筋疲劳寿命预测
        5.3.3 CFRP筋剩余刚度预测模型
    5.4 本章小结
第六章 锚固系统抗疲劳性能的有限元分析
    6.1 基于有限元和疲劳分析软件的疲劳分析介绍
    6.2 MSC.Fatigue疲劳分析概述
        6.2.1 MSC.Fatigue疲劳分析的必要性
        6.2.2 MSC.Fatigue主要特征
        6.2.3 MSC.Fatigue疲劳分析流程
    6.3 基于MSC.Fatigue的CFRP筋锚具组装件疲劳分析
        6.3.1 CFRP筋锚具组装件应力分析
        6.3.2 基于名义应力法的全寿命疲劳分析
        6.3.3 疲劳分析结果与验证
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
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[2]400MPa级细晶高强钢筋的疲劳S-N曲线研究[J]. 孙嘉,王硕,刘鹏翔,王纪元,肖存,孙振强,于志亮.  工业建筑. 2014(S1)
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[8]碳纤维筋夹片式锚具参数试验研究[J]. 诸葛萍,强士中,侯苏伟.  西南交通大学学报. 2010(04)
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[10]复合材料层压板剩余刚度-剩余强度关联模型[J]. 廉伟,姚卫星.  复合材料学报. 2008(05)

硕士论文
[1]预应力FRP筋锚具系统的设计及数值分析研究[D]. 刘方坤.大庆石油学院 2008
[2]碳纤维预应力筋及拉索锚固系统抗疲劳性能的试验研究[D]. 孙志刚.湖南大学 2005



本文编号：3205897