CFRP筋粘结式锚固系统的疲劳性能研究

发布时间：2017-04-08 21:07

  本文关键词：CFRP筋粘结式锚固系统的疲劳性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳纤维增强复合材料(CFRP)作为土木工程中一种新型复合材料,因其自重轻、耐腐蚀、抗拉强度高等特点,可以将其应用于大跨空间结构斜拉索梁桥体系来解决传统的预应力筋腐蚀以及承载效率过低的问题,在土木工程中具有广泛的应用空间。然而,由于CFRP筋径向抗剪强度远低于纵向抗拉强度,其锚固系统易过早失效,故设计、开发和完善有效的锚固体系是将CFRP材料应用于预应力桥梁工程时必须首先解决的难题。本文研究来源于:江苏省自然科学基金项目(编号:BK20140553)和国家自然科学基金项目(51478209)。对CFRP筋粘结型锚固系统进行静载试验研究、疲劳试验研究和理论分析。研究的主要内容及成果如下:1.静载试验研究研究了普通建筑胶、Lica植筋胶和环氧树脂砂浆等不同粘结介质下,锚固长度和外套筒内壁倾角不同组合的粘结型CFRP筋锚固系统的锚固性能,得出结论:a.伴随着锚固长度的增加,CFRP筋材的平均粘结力有上升趋势;b.当锚固长度一定时,3°和4°内壁倾角的锚具相比于0°的锚具更能有效的锚固单根CFRP筋材;c.环氧树脂砂浆作为粘结介质能提高锚固系统的粘结强度,相比较采用普通建筑胶和Lica植筋胶作为粘结介质时,其锚固性能更加优异。2.疲劳试验研究本文试验将环氧树脂砂浆作为粘结介质,通过对几组不同类型的锚固系统进行50万次等幅加载抗疲劳试验,得出结论:a.锚固系统的滑移量首先会随着随着循环次数的增加而增加;当循环达到一定次数后,锚固系统各组装件之间的位置相对稳定,锚固系统的滑移不再继续增加,开始出现回缩,系统呈现稳定受力状态,此时处于良好的工作状态。b.试验加载过程中,筋材表面呈现动态正弦波,筋材表面的应变变化微小;锚筒的环向以及横向动应变也很小,意味着整个系统处于稳定状态。3.理论分析本文分析粘结型锚固系统的平均应力以及BBA模型,并研究分析复合材料的疲劳损伤以及破坏模式并在此基础上提出剪力单向剪切筒模型,分析界面的损伤。本文最后指出了CFRP锚固体系在土木工程中研究应用中存在的不足,结合当前土木工程的发展趋势,指出有待进一步深入研究解决的一些关键问题,并提出了展望和建议。
【关键词】：CFRP筋 粘结式锚具 静载试验 疲劳试验 复合材料损伤 剪切筒模型
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.72;U441.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 现代桥梁工程发展11-13
• 1.2 FRP材料介绍13-18
• 1.2.1 FRP材料性能优点14
• 1.2.2 FRP材料性能缺陷14-15
• 1.2.3 FRP材料的生产工艺15
• 1.2.4 FRP材料的分类15-18
• 1.3 CFRP锚具分类18-20
• 1.3.1 粘结型锚具19
• 1.3.2 夹片型锚具19-20
• 1.3.3 复合型锚具20
• 1.4 CFRP锚具试验研究现状20-22
• 1.4.1 静载试验研究现状21
• 1.4.2 动载试验试验现状21-22
• 1.5 本文主要研究内容22-24
• 第二章 试验设计24-35
• 2.1 试验目的24
• 2.2 试验装置24-27
• 2.2.1 试验设备和仪器24-25
• 2.2.2 试验装置25-27
• 2.3 测试项目27-28
• 2.4 加载程序28
• 2.5 疲劳失效的特征与依据28-29
• 2.6 静载试验加载程序以及测试内容29
• 2.7 试件设计29-32
• 2.7.1 试件材料选择29-31
• 2.7.2 筋材下料的长度31
• 2.7.3 锚具构造选择31-32
• 2.8 试件的制作32-34
• 2.8.1 试件制作32-34
• 2.9 试验流程图34
• 2.10 本章小结34-35
• 第三章 粘结型CFRP筋锚固系统的试验研究35-56
• 3.1 静载锚固试验35-43
• 3.1.1 普通建筑胶作为粘结剂35-36
• 3.1.2 Lica-300A/B植筋胶作为粘结剂36-37
• 3.1.3 环氧树脂砂浆37-40
• 3.1.4 筋材在静载下的破坏模式40
• 3.1.5 机理分析40-43
• 3.2 疲劳加载锚具试验43-52
• 3.2.1 循环荷载对滑移的影响43-46
• 3.2.2 循环荷载对钢套筒应变的影响46-50
• 3.2.3 循环加载过程中CFRP筋轴向动应变曲线50-52
• 3.3 疲劳50万次后试件的静载锚固性能52-53
• 3.4 制造加工缺陷对锚固系统性能的影响53-54
• 3.4.1 偏心对锚固系统的影响53
• 3.4.2 胶体缺陷对锚固系统的影响53-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第四章 复合材料损伤及剪切筒模型56-65
• 4.1 疲劳概念56
• 4.2 FRP复合材料疲劳损伤与损伤特征56-60
• 4.2.1 FRP复合材料的损伤破坏模式56-57
• 4.2.2 FRP复合材料的损伤原因57
• 4.2.3 FRP复合材料与金属材料的特性对比57-59
• 4.2.4 FRP复合材料界面疲劳损伤破坏59-60
• 4.3 界面疲劳损伤60-64
• 4.3.1 几何模型60-61
• 4.3.2 界面的疲劳脱粘61-63
• 4.3.3 界面脱粘后63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 结论与展望65-68
• 5.1 研究内容与结论65-66
• 5.2 研究的展望66-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 已发表或录用论文74

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