CFRP筋复合型锚具的受力性能试验

为研究CFRP筋复合型锚具的主要设计参数对锚固性能的影响及锚具内部受力情况,设计了5个复合型锚具的参数静载试验,测量了锚具的极限荷载、锚环-CFRP筋间滑移变形和金属筒测点应变,通过静载试验对比分析了各设计参数对锚固效果的影响,以及金属筒表面应力的分布情况与变化规律.研究结果表明:当金属筒壁厚为2 mm,夹片夹持长度为65 mm,粘结长度为500 mm时,锚具的锚固性能较好;夹片-金属筒间锚固良好,无滑移;金属筒应力分布与变化可反映锚具内部受力情况,测点应力曲线峰值预示该位置附近的胶体与CFRP筋间的粘结破坏.     

CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能分析

为研究CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能及其影响因素,对12套CFRP筋粘结式楔型锚具进行静载试验,以锚具内倾角和锚固长度为变化参数,获取锚具试件荷载—滑移全过程曲线,推出锚具内部CFRP筋与环氧树脂砂浆界面粘结—滑移本构模型。研究表明:增大锚具内倾角和锚固长度可提高锚具极限荷载,平均粘结强度随锚具内倾角的增大呈增大趋势,临界锚固长度随试件锚具内倾角的增大呈减小趋势,采用回归公式计算的平均粘结强度值与试验实测值比较接近;锚固长度是影响界面粘结剪切刚度的主要因素;锚固长度和锚具内倾角可一定程度提高界面抗滑移能力,损伤发展后期,锚固长度越大,损伤速率越慢;推导出的锚具内CFRP筋与环氧树脂砂浆的粘结—滑移本构关系模型适用性较好。     

单根碳纤维(CFRP)预应力筋粘结式锚具的试验研究

本文介绍了用环氧铁砂和普通混凝土作粘结介质的粘结式锚具对碳纤维(CFRP)筋的锚固性能.通过大量试验,研究了粘结式锚具锚固CFRP筋的性能,并分析了粘结式锚具的粘结机理,为CFRP筋在结构工程中的推广应用奠定了基础.     

CFRP筋在活性粉末混凝土中的锚固性能

针对碳纤维增强塑料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastics)作为预应力筋或拉索时的锚固问题,提出了以活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)作为粘结介质的粘结式锚具.静载试验详细研究了CFRP筋的表面形状、锚固长度、根数和间距以及套筒内壁倾角等参数的变化对RPC的锚固性能的影响.试验结果表明,CFRP筋的表面形状对锚固性能的影响最为显著;对于抗拉强度不大于3 000 MPa的表面压纹CFRP筋,其临界锚固长度约为20倍CFRP筋直径;双根压纹CFRP筋锚固时的合理筋间距不宜小于1倍CFRP筋直径;本文提出的平均粘结强度和临界锚固长度计算公式具有较好的适用性.     

基于接触滑移理论的CFRP拉索黏结型锚具精细化仿真

基于接触滑移理论以及库仑摩擦模型,利用通用有限元软件ANSYS的接触分析模块,建立CFRP拉索黏结型锚具精细化有限元模型.根据既有试验数据以及客观规律对所提出的精细化分析方法进行准确性验证,并利用经过准确性验证的有限元模型进行参数分析,从而得到外套筒锥度、黏结材料弹性模量以及筋材表面粗糙度与锚具锚固性能之间的关系,确定不同破坏形式下CFRP筋材直径的选择原则,给出可用来指导设计锚具合理尺寸的锚具极限拉力-最小锚固长度关系曲线.根据定量定性分析结果给出锚具锚固性能的优化方向,为新型锚固设计方法提供理论依据.     

CFRP筋粘结型锚具的疲劳损伤模型

通过两种碳纤维复合材料CFRP筋锚固系统在不同疲劳应力比加载条件下的恒幅疲劳试验,借助背面应变片技术,研究了不同疲劳应力比对CFRP筋粘结型锚具疲劳响应的影响;基于Goodman方程,建立了恒幅疲劳荷载下粘结型锚具的疲劳损伤预测模型;通过试验数据与数值模型相结合的分析手段,探究了疲劳应力比对粘结型锚固系统疲劳响应的影响.结果表明:该疲劳损伤模型预测的结果与试验观察数据吻合良好;粘结型锚固系统在疲劳过程中的背面应变变化状态能较好地反映锚固系统内部的疲劳损伤状况,证明背面应变片技术适用于该粘结型锚固系统,且采用基于背面应变的疲劳损伤模型能够很好地模拟应力比对粘结型锚具疲劳响应的影响.     

单根FRP筋粘结型锚具的设计与试验研究

单根FRP筋粘结型锚具组件存在两类典型的破坏形式:FRP筋在自由长度内破坏和FRP筋从锚具中被拔出。第2种破坏形式是不允许发生的,它不能很好地反映出FRP筋的材料特性。在对传统的单根FRP筋粘结型锚具进行研究的基础上,设计出一种制造简单、锚固性能好的单筋锚具,并对6组树脂封装的单根CFRP筋组装件进行单向拉伸试验,研究张拉过程中CFRP筋材的应力——应变行为,得出其极限应力、弹性模量等。试验表明,设计的单筋FRP筋锚具进行组装件的单向拉伸试验可以得到FRP筋的力学性能,试件破坏状态良好。所作工作为各种FRP筋材的材性试验以及应用提供参考。     

新型碳纤维板锚具设计及试验研究

针对传统CFRP板锚具易出现滑脱、劈裂等现象,螺栓提供的预紧力大小难以控制的问题,对传统锚具的结构形式做出改进。通过理论分析新型锚具的受力机理,为新型锚具的结构尺寸设计提供理论依据。利用有限元软件对不同参数CFRP板锚具进行受力模拟,得出锚具设计尺寸参数进行试验研究。研究结果表明：当夹板横向两侧位移为0.65mm时,锚具的最大锚固效率为89.37％,CFRP板发生爆炸式破坏;锚具夹板内曲面式设计可通过控制夹板位移有效控制预紧力大小,增强挤压效果。     

基于刚度及经济的CFRP与钢组合拉索设计理论

基于钢斜拉索、碳纤维增强塑料(CFRP)斜拉索适用跨径研究结果,针对1 400~2 800 m主跨斜拉桥整体刚度不足提出一种新型结构方案,即基于刚度及经济性能的CFRP与钢组合拉索方案.该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索同时应用于斜拉桥中,将２种材料高强轻质及弹性模量高的优点进行组合,以充分提高斜拉索的等效刚度,进而提高斜拉桥的整体刚度.详细介绍该组合方案设计思路与方法,通过比较等效刚度以及经济性能给出２种材料斜拉索推荐组合比例.最后,通过一座1 400 m主跨CFRP与钢组合拉索斜拉桥试设计说明该方案相对传统方案整体刚度上的优势,证明其工程应用的可行性,是主跨为1 400~2 800 m斜拉桥的优选方案之一.     

设计参数对铅黏弹性连梁阻尼器力学性能分析

目的研究铅芯边距、铅芯直径、剪切钢板与约束钢板厚度比、复合黏弹性层中薄钢板与黏弹性层厚度比以及剪切模量对其力学性能的影响,给出各设计参数的建议值.方法采用ABAQUS软件建立铅黏弹性连梁阻尼器的有限元模型;然后对15组铅黏弹性连梁阻尼器进行参数分析,研究不同设计参数对铅黏弹性连梁阻尼器力学性能的影响规律;最后给出各设计参数的取值建议.结果铅黏弹性连梁阻尼器滞回曲线饱满,表现出良好的耗能能力.各设计参数对铅黏弹性连梁阻尼器力学性能具有不同程度的影响,铅芯直径显著影响屈服荷载、屈服位移、最大阻尼力和等效黏滞阻尼比,对屈服后刚度具有较大影响;铅芯边距和剪切钢板与约束钢板厚度比主要影响屈服位移,而铅芯直径、剪切模量主要影响屈服后刚度;薄钢板与黏弹性层厚度比和钢材类型对力学性能影响较小.结论铅芯宜对称布置在复合黏弹性层外侧,铅芯边距取1～1. 5倍的铅芯直径;铅黏弹性连梁阻尼器需求的屈服承载力可由铅芯直径大小确定;剪切钢板与约束钢板厚度比取1. 00～2. 00,且剪切钢板厚度宜取0. 8倍的复合黏弹性层厚度;薄钢板与黏弹性层厚度比取0. 4～0. 8,且优先取较小值;宜选用低硬度的黏弹性材料和强度高的钢材以保证阻尼器正常工作,发挥其稳定的耗能能力.     

水浸与周期荷载耦合下CFRP锚固系统的耐久性分析

借助光纤布拉格光栅(FBG)传感器,在不同浸润时间下,对碳纤维复合材料(CFRP)锚固结构进行周期荷载实验,探究水浸与周期荷载下CFRP锚固结构的耐久性.试验结果表明:随着循环次数的增加,环氧体塑性变形减小,并趋于稳定;水浸与周期荷载作用下,锚具内CFRP筋发生变形,但无脱锚现象发生;CFRP筋与环氧体界面受水浸环境影响小,筋材表面无腐蚀.     

摩擦接触单元在碳纤维板锚具拉伸试验中的应用

在预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)板工艺中,CFRP板端部的锚固问题非常重要,甚至关系到预应力施加的成败与否.总结国内外锚具研究,平板锚具具备施工便捷、操作简单、费用最低的优点,但如何模拟碳纤维板和平板锚具之间的接触问题是有限元模拟的关键问题.通过采用摩擦接触单元对碳纤维板和平板锚具进行数值模拟,得到了碳纤维板拉力与滑移关系的有限元解,其结果与实验结果相当吻合;采用平板锚具拉伸碳纤维板时,碳板和钢板的摩擦系数近似取为0.4;采用摩擦接触单元模拟平板接触问题是可行和有效的,可为模拟类似的接触问题提供借鉴和参考.     

考虑螺栓扭矩分布的CFRP筋夹板式锚具极限抗拔力计算方法

利用灰色系统理论,研究碳纤维增强复合材料(CFRP)筋夹板式锚具紧固螺栓扭矩分布对锚固性能影响,对夹板式锚具第1～3排紧固螺栓(加载端-自南端)施加扭矩及总施加扭矩等参数进行关联分析.研究结果表明:第3排螺栓施加扭矩对于试件极限荷载的关联度最高,其后依次为总施加扭矩、第2排螺栓施加扭矩和第1排螺栓施加扭矩.最后,基于分...     

基于拉拔试验的GFRP筋与砂浆粘结性能研究

为了获得玻璃纤维筋与砂浆间的合理粘结性能参数,本文采用室内拉拔试验和数值模拟反演分析相结合的手段开展了相关研究.通过开展不同筋材直径与不同砂浆强度下的筋材拉拔试验,得到了不同工况下的粘结强度-滑移量曲线,探明了筋材直径与砂浆强度对GFRP筋粘结强度的影响规律.基于室内拉拔试验结果,采用有限差分软件FLAC~(3D)模拟再现了GFRP筋拉拔试验,对软件中的粘结性能参数进行了反演分析,修正得到了GFRP筋灌浆体刚度和黏聚强度的计算公式.研究结果表明:GFRP筋与砂浆间的粘结强度与筋材直径成负相关,与砂浆强度成正相关;在缺乏筋材拉拔试验数据时,纤维筋锚杆极限粘结强度宜取灌浆体抗压强度的五分之一,以求得灌浆体黏聚强度;纤维筋锚杆灌浆体刚度可采用普通钢筋锚杆灌浆体刚度计算公式获取,但应乘以位于(1/10, 1/15]区间内的折减系数.     

CFRP与钢组合斜拉索设计方案及理论研究

提出两种碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合的斜拉索方案:CFRP与钢组合截面斜拉索,以及CFRP与钢组合结构斜拉索.前者发挥CFRP材料的优异性能,同时避免CFRP材料的锚固难题,两种材料的截面面积比为关键设计参数;后者将CFRP斜拉索与钢斜拉索在同一桥梁不同跨度区域分别应用,优化了整桥经济性能,不同材料斜拉索合理跨度区域的确定是其设计关键.采用解析解形式的参数分析,给出不同情况下关键设计参数的推荐数值,从理论上初步证明了两种方案替代传统钢斜拉索的可行性.     

灌孔混凝土砌块砌体中钢筋粘结性能试验与可靠性研究

进行了12组立方体试件拉拔试验,综合考虑了锚固长度、灌孔混凝土强度、钢筋直径和横向配筋4个试验参数,确定了钢筋粘结锚固受力状态的各个发展阶段,给出了粘结锚固特征强度和特征滑移值的统计公式.通过对锚固承载力极限状态的分析,建立了粘结锚固破坏的极限状态方程和锚固长度的目标可靠指标;统计了各锚固抗力参数的均值及变异系数,用一次二阶矩方法进行了可靠度计算,进一步验证了《砌体结构设计规范》GB 50003—2001钢筋锚固长度规定的安全性.     

粉煤灰掺量对自密实混凝土与钢筋粘结性能影响的试验研究

探讨粉煤灰掺量对自密实混凝土与钢筋粘结性能的影响规律.采用电液伺服加载装置分别进行了3组18个钢筋与自密实混凝土粘结的拉拔试验,其中6个为钢筋内贴片试件.在试验结果的基础上,分析了粉煤灰掺量对峰值粘结应力、各阶段粘结刚度、粘结刚度退化率、粘结应力分布不均匀系数、粘结应力沿锚固长度分布的影响.结果表明:粉煤灰掺量对微滑段粘结刚度、滑移段的粘结刚度、粘结应力分布不均匀系数的影响较大,而对其他粘结性能影响较小.     

压力型锚杆临界锚固长度的解析解

考虑压力型锚杆灌浆体因受压产生径向膨胀的影响,对压力型锚杆锚固段进行受力分析,推导其极限抗拔承载力与临界锚固长度的计算公式,并分析灌浆体弹性模量、灌浆体泊松比、岩体弹性模量、钻孔直径及筋体直径等参数对压力型锚杆临界锚固长度和临界长径比的影响.结果表明:极限抗拔承载力随着锚固段长度的增加而增加,达到临界锚固长度后趋于稳定;宜取临界锚固长度理论计算值的65%作为优化的工程临界锚固长度值.     

CFRP薄壁管空间伸展臂模态与影响参数分析及试验

通过单向拉伸测试和理论计算得到4层(45°/-45°/45°/-45°)铺设碳纤维增强复合材料(CFRP)的弹性模量,作为数值分析的材料参数.由激光测振系统测试了CFRP薄壁管空间伸展臂自振模态,得到自振频率和振型.利用ABAQUS建立了CFRP薄壁管空间伸展臂自振模态有限元模型,分别采用分层和整体材料参数分析了自振模态,得到的自振频率和振型与试验结果吻合较好,进而计算分析得到CFRP薄壁管空间伸展臂线刚度(EI/L)和刚度线密度比(EI/m)对频率的影响关系.研究结果对CFRP薄壁管空间伸展臂设计和深入研究具有重要参考价值.     

杆系结构极限承载力分析的弹性模量缩减法影响因素研究

为了在杆系结构设计与优化中有效地应用弹性模量缩减法,分别对弹性模量缩减法影响因素、影响规律及其相应参数取值进行研究。研究遴选出构件网格密度、迭代收敛容差、考虑内力项数作为弹性模量缩减法极限承载力分析的主要影响因素,对比分析了上述影响因素对弹性模量缩减法计算效率和精度的影响规律,并据此给出了各计算参数在杆系结构利用弹性模量缩减法进行极限承载力分析中的合理取值建议。研究表明:杆系结构构件网格宜划分为2～8个单元;收敛容差建议不大于0. 001;平面杆系结构仅考虑弯矩作用便可高精度地求得结构极限承载力,空间杆系结构则建议同时考虑弯矩和轴力作用求解结构极限承载力。