预制CFRP筋预应力混凝土T梁标准化设计研究

发布时间：2020-05-30 22:08

【摘要】：CFRP(碳纤维增强塑料)拥有优异的材料特性,与传统的预应力钢绞线相比CFRP具有抗拉强度高、耐腐蚀性好等优点;CFRP材料的优异特性使其在桥梁工程领域具有广泛的应用前景。将CFRP作为预应力筋应用于预应力桥梁结构中可以充分利用其抗拉强度高和耐腐蚀的材料特性,同时达到提高预应力桥梁结构受力性能和耐久性的作用,这对于处于恶劣自然环境中的桥梁结构具有重要意义。本文对CFRP预应力筋替代预应力混凝土T梁的钢绞线进行了探索,研究了CFRP预应力混凝土T梁的设计原理及方法、受力性能、构造措施;对比了CFRP预应力混凝土T梁与钢绞线预应力混凝土T梁受力性能的差别。具体研究工作如下:(1)对CFRP筋抗拉强度设计值取值问题进行了研究,提出取值计算方法建议;对CFRP预应力混凝土T梁破坏模式、承载能力极限状态设计原理进行了研究,提出了相对界限受压区高度、抗弯承载力、抗剪承载力的计算方法。(2)对CFRP预应力混凝土T梁正常使用状态设计原理和方法进行了研究。根据CFRP筋与钢绞线的不同给出了预应力损失计算方法;在考虑CFRP材料特性的基础上对比分析开裂弯矩、最大裂缝宽度、开裂后抗弯刚度的不同计算方法后给出了CFRP预应力混凝土开裂弯矩、最大裂缝宽度、开裂后抗弯刚度的计算方法。(3)建立采用CFRP筋和钢绞线作为预应力筋的30m预应力混凝土T梁有限元模型,对比分析两者受力性能;主要对比分析了两者在预应力损失、抗弯承载力、抗剪承载力、挠度、截面应力方面的差别。(4)通过建立CFRP预应力混凝土T梁有限元模型,对比分析不同张拉控制应力、混凝土强度、温度作用、CFRP筋粘结长度对T梁受力性能的影响。(5)通过建立CFRP筋采用不同布设线型时的有限元模型对比分析了不同布设线型对结构受力性能的影响;主要对比分析了CFRP筋不同线型的抗拉强度削弱值、抗剪承载力、T梁的挠度以及截面应力。(6)通过对CFRP筋锚具形式、粘结型锚具构造、锚固长度、锚下钢筋构造、CFRP预应力筋和普通筋构造的研究,给出了具体的构造要求。(7)根据全文研究成果对CFRP预应力混凝土T梁标准图进行了设计,主要给出了CFRP预应力混凝土T梁设计图纸相较于钢绞线预应力混凝土T梁的不同之处。
【图文】：

锚具,产品,碳纤维

第一章绪论1.2.1 材料种类碳纤维增强复合材料（CFRP）中的 CFRP 筋是通过用胶基材料粘合多股连续碳纤维然后通过模具挤压而形成的。由此可知 CFRP 筋由碳纤维和胶基材料经过特殊的工艺生产而成，其中碳纤维对材料的承载力起到决定性的作用。CFRP 筋的研究开始于西方发达国家，他们研究出了很多成果，日本在 CFRP 筋上的研究成果较多。日本研发了三种具有代表性的 CFRP 筋材料[3]，，其分别为：① CFCCCFCC 由日本东京制钢株式会社开发，由碳纤维（PAN），环氧树脂或马来酰亚胺组成;CFCC 是由多股小股的碳纤维筋缠绕成碳纤维绞线再加热生成碳纤维索。日本研制了 1、7、19、37 股等多种规格的 CFCC，在混凝土结构中可以根据实际需求采用不同形式的 CFCC。当 CFCC 用作预应力混凝土结构的预应力筋时，CFCC可以通过夹片式锚具、粘结式锚具进行锚固。CFCC 产品和锚具如图 1-1 所示。

锚具,产品,粘结式,夹片式锚具

需求采用不同形式的 CFCC。当 CFCC 用作预应力混凝土结构的预应力筋时，CFCC可以通过夹片式锚具、粘结式锚具进行锚固。CFCC 产品和锚具如图 1-1 所示。图 1-1 CFCC 产品和锚具② LeadlineLeadline 由日本三菱化学株式会社开发，由碳纤维和环氧树脂组成，其中碳纤维占 65％;Leadline 是由挤拉成型的圆形筋，表面做成带肋的或者光滑的；其直径有 1mm～12mm。Leadline 有预应力筋、普通加强筋两种形式，当作为预应力筋应用在预应力混凝土结构时，其可通过夹片式锚具或粘结式锚具进行锚固。Leadline 筋产品和锚具如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U442.5

【参考文献】