CFRP筋锚具疲劳性能探索与应用
发布时间：2021-01-09 02:48
目前桥梁跨度逐渐增大,斜拉索的疲劳损伤及应力腐蚀较严重,使得结构的耐久性差,经济损失很大。与此同时,碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced polymer,CFRP）应运而生。CFRP筋轻质高强、耐腐蚀抗疲劳、减震性能好,这使它非常适合在腐蚀环境下桥梁结构中作拉索使用。但CFRP筋的横向强度及抗剪强度较低,因此传统的锚具不能直接适用于它。故使用CFRP筋预应力拉索的一个亟待解决的问题就是开发合适的锚具。本文在课题组既有的粘结式锚具的基础上改进为CFRP筋复合式锚具,并找出影响该锚具性能的因素以优化提升该锚具的锚固性能。目前,国内外对于CFRP筋锚具的研究尚不成熟。为进一步优化CFRP筋的专用锚固系统,本文依托国家自然科学基金项目（51508235）和（51608234）,在粘结式锚具的基础上,围绕CFRP筋复合式锚具进行了一系列的基础理论分析、试验研究等工作。主要的研究内容及结论如下:1、粘结式锚具的试验研究及理论分析基于弹性力学理论,对CFRP筋变截面粘结式锚具进行了应力分析,并研究了锚具内锥角和粘结介质厚度等参数对锚具性能的影响,从而优化锚具的结构和几何...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
江苏大学西山人行桥Fig.1.1XishanPedestrianBridge,JiangsuUniversity
江苏大学硕士学位论文31.2.1CFRP筋锚具的分类目前较常见的CFRP筋锚具包括：粘结式、夹片式以及复合式锚具，典型的结构形式如图1.2所示[7]。（1）粘结式锚具（2）夹片式锚具（3）复合式锚具图1.2锚具形式图Fig.1.2AnchorageFormDiagram其中粘结式锚具和夹片式锚具各有自己的优缺点：粘结式锚具的环向压应力小，避免了筋材夹伤破坏；夹片式锚具结构简单，组装方便。但两者均具有局限性：粘结式锚具因锚固性能要求，其锚固体积一般比较大。粘结长度大则灌胶工艺复杂对粘结介质的性能要求较高，且群锚中不能单根换筋；夹片式锚具中锚具滑移量较大，夹片易损伤筋材，夹片切口处易发生应力集中。而复合式锚具可以兼具两者的优点，避开他们的不足。1.2.2CFRP筋锚具静载锚固性能的研究现状1)粘结式锚具锚具粘结力主要包括粘结胶体的粘结作用力、筋材螺纹与胶体的机械咬合力以及筋材表面的摩擦力三部分。目前锚具失效的主要特征有筋材断裂、筋材拔出两种形式。粘结式锚具可避免咬伤筋材，锚固性能可靠，且疲劳性能优异。臧娜等[7]以普通建筑胶、Lica300植筋胶和环氧树脂等做为粘结介质研究了粘结式锚具的性能。发现粘结式锚具的锚固效率与粘结介质的性能有紧密联系，认为选择性能好的粘结介质对锚具的静载锚固性能具有非常重要的影响。梅葵花等[8]制作了直筒的粘结式锚具，分别以树脂和微膨胀水泥作为灌注材料，在筋材表面粘结应变片测试CFRP筋的应变变化。结果表明当灌注材料为树脂时，试件的破坏形式均为筋材从锚具中被拔出，说明当粘结长度不变时该种灌注材料粘结强度不够大；在相同粘结长度下，微膨胀水泥作为灌注材料的锚具获得更高的破坏荷载，认为微膨胀水泥具有更好的粘结强度。但微膨胀水泥弹性模量大，CFRP筋容易在锚具口处被
江苏大学硕士学位论文5图1.3夹片锚具构造图（1-套筒；2-夹片；3-软金属管；4-CFRP筋）Fig.1.3Structureofclipanchorage(1-sleeve;2-clip;3-softmetalpipe;4-CFRPbars)张军等[16]以不同直径的CFRP筋夹片式锚具为研究对象。锚具设置了三种锥度，锚环与夹片间无锥角差；夹片为两片式，夹片缝隙从大端到小端分别是六片、八片和四片式。通过试验发现锥度为1∶15时，筋材出现炸散式破断方式；当锥度降低时筋材上的应力集中现象减校夹片内壁做牙纹处理并采用表面有花纹的铝套管可减小锚具的滑移；筋材直径大的锚具适合较厚的铝套管，反之则用较薄的套管。预紧力可以减小锚具各组件的滑移值，但不影响锚具的极限拉力。许良昊等[17]采用非线性有限元分析方法研究了CFRP筋夹片式锚具的设计参数对其锚固效果的影响。对该锚具建立了三维有限元模型，研究预紧力、锚具长度、锚环锥角以及锚环与夹片的锥角差等参数对锚固性能的影响，并模拟出以上参数的最佳取值范围。根据有限元预测的最佳参数制作锚具试件并进行静载试验，结果表明该锚具具有良好的锚固性能。K.Soudki等[18][19]通过更换CFRP筋的表面形式和金属筒的材质来研究两者界面的接触性能，并在不同应力水平下对该锚具进行试验，结果表明该夹片式锚具的静载性能良好。蒋田勇等[20]通过改变牙纹形状、金属软套筒材质、预紧力、锚固长度、夹片倾角等因素对夹片式锚具进行试验，得出了这些因素对该锚具锚固性能的影响。QinghuaHan等[21]针对梁柱结构设计并试验了一种横向碳纤维筋增强的大角度夹片式锚具。讨论了锚具在静载条件下的室内试验和数值分析结果。对于角度为10°的夹片，直径为5mm的CFRP筋束可被成功地锚固，但直径为7mm和9mm的CFRP筋束由于压应力过高而导致锚固失败。试验结果表明套筒内外?
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFRP筋粘结型锚具的疲劳损伤模型[J]. 谢桂华,冯倩红,唐永生,刘荣桂,卞玉龙. 江苏大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]碳纤维-箍筋约束倒角矩形混凝土柱的轴压性能[J]. 徐扬,魏洋,程勋煜,端茂军,李国芬. 玻璃钢/复合材料. 2019(06)
[3]CFRP筋黏结型锚具承载力评估试验与理论研究[J]. 孙莉莉,诸葛萍,徐玉林,储焙宇. 水资源与水工程学报. 2018(06)
[4]预应力CFRP筋夹片式锚具改进设计及试验研究[J]. 张军,蔡文华,荀勇,胡夏闽,朱鹏. 玻璃钢/复合材料. 2018(09)
[5]碳纤维增强环氧树脂基复合材料的研究进展[J]. 吴志刚. 天津科技. 2018(07)
[6]CFRP筋夹片式锚具参数非线性有限元分析[J]. 许良昊,谭瑞山,邓航,陈明祥. 武汉大学学报(工学版). 2018(06)
[7]GFRP复合材料-轻木夹芯梁弯曲疲劳性能试验[J]. 史慧媛,刘伟庆,方海,霍瑞丽. 复合材料学报. 2018(05)
[8]CFRP筋黏结型锚具受力性能分析及试验[J]. 梅葵花,邹晓鸿,孙胜江,孙亚民,晋国庆. 长安大学学报(自然科学版). 2017(03)
[9]CFRP绞线粘结式锚具的静力试验研究[J]. 余庭嘉,方志. 中外公路. 2017(01)
[10]改进型碳纤维复材筋用锚具静载测试及黏结应力分布[J]. 李十泉,刘荣桂,陈蓓,谢桂华,唐永生. 工业建筑. 2016(12)
博士论文
[1]湿热环境下CFL加固RC梁疲劳性能研究[D]. 覃广.华南理工大学 2016
[2]纤维增强复合材料界面疲劳脱粘的数值模拟[D]. 张溶.北京交通大学 2009
硕士论文
[1]疲劳载荷下复合材料界面剩余强度演化规律[D]. 翟彦恺.哈尔滨工业大学 2016
[2]CFRP筋粘结式锚固系统的疲劳性能研究[D]. 臧娜.江苏大学 2016
[3]预应力碳纤维筋锚具组装件疲劳性能试验研究[D]. 张晓亚.东南大学 2015
[4]湿热环境下CFL-混凝土界面疲劳本构关系研究[D]. 李浩麟.华南理工大学 2014
[5]FRP加固RC梁湿热环境疲劳实验研究[D]. 谭琳.华南理工大学 2012
[6]湿热条件下树脂基复合材料层合结构刚度与强度研究[D]. 赵杨.南京航空航天大学 2012
[7]温度与湿度环境对碳纤维复合材料力学行为的影响研究[D]. 王世明.南京航空航天大学 2011
[8]碳纤维筋增强混凝土的试验研究及力学性能分析[D]. 张作诚.河海大学 2005
本文编号：2965825
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
江苏大学西山人行桥Fig.1.1XishanPedestrianBridge,JiangsuUniversity
江苏大学硕士学位论文31.2.1CFRP筋锚具的分类目前较常见的CFRP筋锚具包括：粘结式、夹片式以及复合式锚具，典型的结构形式如图1.2所示[7]。（1）粘结式锚具（2）夹片式锚具（3）复合式锚具图1.2锚具形式图Fig.1.2AnchorageFormDiagram其中粘结式锚具和夹片式锚具各有自己的优缺点：粘结式锚具的环向压应力小，避免了筋材夹伤破坏；夹片式锚具结构简单，组装方便。但两者均具有局限性：粘结式锚具因锚固性能要求，其锚固体积一般比较大。粘结长度大则灌胶工艺复杂对粘结介质的性能要求较高，且群锚中不能单根换筋；夹片式锚具中锚具滑移量较大，夹片易损伤筋材，夹片切口处易发生应力集中。而复合式锚具可以兼具两者的优点，避开他们的不足。1.2.2CFRP筋锚具静载锚固性能的研究现状1)粘结式锚具锚具粘结力主要包括粘结胶体的粘结作用力、筋材螺纹与胶体的机械咬合力以及筋材表面的摩擦力三部分。目前锚具失效的主要特征有筋材断裂、筋材拔出两种形式。粘结式锚具可避免咬伤筋材，锚固性能可靠，且疲劳性能优异。臧娜等[7]以普通建筑胶、Lica300植筋胶和环氧树脂等做为粘结介质研究了粘结式锚具的性能。发现粘结式锚具的锚固效率与粘结介质的性能有紧密联系，认为选择性能好的粘结介质对锚具的静载锚固性能具有非常重要的影响。梅葵花等[8]制作了直筒的粘结式锚具，分别以树脂和微膨胀水泥作为灌注材料，在筋材表面粘结应变片测试CFRP筋的应变变化。结果表明当灌注材料为树脂时，试件的破坏形式均为筋材从锚具中被拔出，说明当粘结长度不变时该种灌注材料粘结强度不够大；在相同粘结长度下，微膨胀水泥作为灌注材料的锚具获得更高的破坏荷载，认为微膨胀水泥具有更好的粘结强度。但微膨胀水泥弹性模量大，CFRP筋容易在锚具口处被
江苏大学硕士学位论文5图1.3夹片锚具构造图（1-套筒；2-夹片；3-软金属管；4-CFRP筋）Fig.1.3Structureofclipanchorage(1-sleeve;2-clip;3-softmetalpipe;4-CFRPbars)张军等[16]以不同直径的CFRP筋夹片式锚具为研究对象。锚具设置了三种锥度，锚环与夹片间无锥角差；夹片为两片式，夹片缝隙从大端到小端分别是六片、八片和四片式。通过试验发现锥度为1∶15时，筋材出现炸散式破断方式；当锥度降低时筋材上的应力集中现象减校夹片内壁做牙纹处理并采用表面有花纹的铝套管可减小锚具的滑移；筋材直径大的锚具适合较厚的铝套管，反之则用较薄的套管。预紧力可以减小锚具各组件的滑移值，但不影响锚具的极限拉力。许良昊等[17]采用非线性有限元分析方法研究了CFRP筋夹片式锚具的设计参数对其锚固效果的影响。对该锚具建立了三维有限元模型，研究预紧力、锚具长度、锚环锥角以及锚环与夹片的锥角差等参数对锚固性能的影响，并模拟出以上参数的最佳取值范围。根据有限元预测的最佳参数制作锚具试件并进行静载试验，结果表明该锚具具有良好的锚固性能。K.Soudki等[18][19]通过更换CFRP筋的表面形式和金属筒的材质来研究两者界面的接触性能，并在不同应力水平下对该锚具进行试验，结果表明该夹片式锚具的静载性能良好。蒋田勇等[20]通过改变牙纹形状、金属软套筒材质、预紧力、锚固长度、夹片倾角等因素对夹片式锚具进行试验，得出了这些因素对该锚具锚固性能的影响。QinghuaHan等[21]针对梁柱结构设计并试验了一种横向碳纤维筋增强的大角度夹片式锚具。讨论了锚具在静载条件下的室内试验和数值分析结果。对于角度为10°的夹片，直径为5mm的CFRP筋束可被成功地锚固，但直径为7mm和9mm的CFRP筋束由于压应力过高而导致锚固失败。试验结果表明套筒内外?
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFRP筋粘结型锚具的疲劳损伤模型[J]. 谢桂华,冯倩红,唐永生,刘荣桂,卞玉龙. 江苏大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]碳纤维-箍筋约束倒角矩形混凝土柱的轴压性能[J]. 徐扬,魏洋,程勋煜,端茂军,李国芬. 玻璃钢/复合材料. 2019(06)
[3]CFRP筋黏结型锚具承载力评估试验与理论研究[J]. 孙莉莉,诸葛萍,徐玉林,储焙宇. 水资源与水工程学报. 2018(06)
[4]预应力CFRP筋夹片式锚具改进设计及试验研究[J]. 张军,蔡文华,荀勇,胡夏闽,朱鹏. 玻璃钢/复合材料. 2018(09)
[5]碳纤维增强环氧树脂基复合材料的研究进展[J]. 吴志刚. 天津科技. 2018(07)
[6]CFRP筋夹片式锚具参数非线性有限元分析[J]. 许良昊,谭瑞山,邓航,陈明祥. 武汉大学学报(工学版). 2018(06)
[7]GFRP复合材料-轻木夹芯梁弯曲疲劳性能试验[J]. 史慧媛,刘伟庆,方海,霍瑞丽. 复合材料学报. 2018(05)
[8]CFRP筋黏结型锚具受力性能分析及试验[J]. 梅葵花,邹晓鸿,孙胜江,孙亚民,晋国庆. 长安大学学报(自然科学版). 2017(03)
[9]CFRP绞线粘结式锚具的静力试验研究[J]. 余庭嘉,方志. 中外公路. 2017(01)
[10]改进型碳纤维复材筋用锚具静载测试及黏结应力分布[J]. 李十泉,刘荣桂,陈蓓,谢桂华,唐永生. 工业建筑. 2016(12)
博士论文
[1]湿热环境下CFL加固RC梁疲劳性能研究[D]. 覃广.华南理工大学 2016
[2]纤维增强复合材料界面疲劳脱粘的数值模拟[D]. 张溶.北京交通大学 2009
硕士论文
[1]疲劳载荷下复合材料界面剩余强度演化规律[D]. 翟彦恺.哈尔滨工业大学 2016
[2]CFRP筋粘结式锚固系统的疲劳性能研究[D]. 臧娜.江苏大学 2016
[3]预应力碳纤维筋锚具组装件疲劳性能试验研究[D]. 张晓亚.东南大学 2015
[4]湿热环境下CFL-混凝土界面疲劳本构关系研究[D]. 李浩麟.华南理工大学 2014
[5]FRP加固RC梁湿热环境疲劳实验研究[D]. 谭琳.华南理工大学 2012
[6]湿热条件下树脂基复合材料层合结构刚度与强度研究[D]. 赵杨.南京航空航天大学 2012
[7]温度与湿度环境对碳纤维复合材料力学行为的影响研究[D]. 王世明.南京航空航天大学 2011
[8]碳纤维筋增强混凝土的试验研究及力学性能分析[D]. 张作诚.河海大学 2005
本文编号：2965825
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/2965825.html
