改进型碳纤维增强复合材料筋复合式锚具的锚固性能

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)筋锚具的结构形式及主要设计参数对锚固性能的影响,设计2个复合式锚具及3个改进型复合式锚具,并进行静载拉伸试验;通过对比分析不同锚具的极限荷载、金属筒测点应变以及锚具最后整体破坏形式,研究改进型CFRP筋复合式锚具的锚固性能。结果表明:在不施加预紧力前提下,改进型复合式锚具螺母纵向紧固力可以有效避免夹片滑移,黏结材料种类对锚固过程稳定性有一定影响,但并不影响最终锚固效果,筋材表面形式对锚具锚固性能影响较大;当金属筒厚度为3 mm、黏结长度为250 mm、夹片长度为100 mm时,带肋CFRP筋为中间炸裂式破坏,充分发挥了CFRP筋的抗拉特性,表明改进型CFRP筋复合式锚有良好的锚固性能。     

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。     

CFRP索股单孔直筒+内锥粘结型锚具的受力性能分析

为研究CFRP碳纤维增强复合材料粘结型锚具的受力性能及其设计参数对锚固效率的影响,寻求较优的锚具设计参数取值范围,本研究首先采用有限元方法,通过引入锚固效率的概念,研究了单孔直筒+内锥粘结型锚具的力学性能及索股径向应力和位移分布规律.然后,以锚固效率和等效刚度为考察指标,改变锚具及索股参数,分析了锚具总长度、粘胶介质弹性模量、直筒段长度、内锥角大小、胶体厚度、索股直径参数对锚固效率及等效刚度的影响规律.结果显示:锚具总长度宜取为12～16倍CFRP索股直径;粘结胶弹性模量取1.5～3.0 GPa;直筒段长度取为总长度的1/6～1/2之间;内锥角取4°～5°;胶体厚度取CFRP筋直径的0.3～0.5倍;索股直径取值宜小于90 mm.在建议参数取值下,单孔直筒+内锥粘结型锚具的锚固效率将达到90%,甚至95%以上.因此,合理优化相关设计参数能较好地提高其锚固效率和刚度.     

改进型CFRP筋黏结式锚具静载试验

研究了黏结式锚具的改进方案,对改进后的锚具进行了静载张拉试验,阐述改进型CFRP筋黏结式锚具静载试验方案和主要步骤.长度为180 mm的改进式锚具可锚固单根8 mm CFRP筋,极限拉力为115 k N;长度为280 mm的直筒式锚具可锚固单根8 mm CFRP筋,极限拉力为119 k N.改进型CFRP筋黏结式锚具静载试验表明:改进方案是有效可行的.并对黏结应力的测试方法和计算方法进行了探讨,以筋材轴力为指标,对黏结应力测试数据进行检算,当应变片间距适当时,直接在CFRP筋表面黏贴应变片,通过测点应变分析黏结应力分布的方法是可行的.在此基础上得到的试验数据经公式计算,在加载过程中误差较大,最大误差为7.20%;在极限荷载下无误差.     

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.     

不同环境下CFRP筋与环氧砂浆粘结性试验研究

采用环氧砂浆作为粘结剂,40Cr钢为锚具,开展了CFRP筋在酸碱盐腐蚀环境中粘结性试验研究。研究结果表明：CFRP筋在酸碱盐溶液浸泡过程中,其外观尺寸无变化。有拔出破坏、端部夹断破坏、筋拉断破坏三种类型的破坏形态,通过分析不同锚固长度CFRP筋的破坏形态得到了试验条件下CFRP筋的基本锚固长度。对未受到腐蚀等七种情况的粘结-滑移数据进行了整理,提出了CFRP筋与环氧砂浆粘结-滑移本构模型并与现有三种粘结-滑移本构模型进行了对比。通过对比各粘结-滑移曲线可知：在相同外力作用下,腐蚀时间越长,CFRP筋的滑移越大。     

不同环境下CFRP筋与环氧砂浆黏结性试验研究

采用环氧砂浆作为粘结剂,40Cr钢为锚具,开展了CFRP筋在酸碱盐腐蚀环境中粘结性试验研究。研究结果表明:CFRP筋在酸碱盐溶液浸泡过程中,其外观尺寸无变化。有拔出破坏、端部夹断破坏、筋拉断破坏三种类型的破坏形态,通过分析不同锚固长度CFRP筋的破坏形态得到了试验条件下CFRP筋的基本锚固长度。对未受到腐蚀等七种情况的粘结-滑移数据进行了整理,提出了CFRP筋与环氧砂浆粘结-滑移本构模型并与现有三种粘结-滑移本构模型进行了对比。通过对比各粘结-滑移曲线可知:在相同外力作用下,腐蚀时间越长,CFRP筋的滑移越大。     

钢绞线锚具空间受力与锚固特性研究

为研究钢绞线锚具的空间受力特征及锚具应力与钢绞线轴向张力之间影响规律。采用ABAQUS有限元软件建立锚具-钢绞线仿真计算模型,考虑夹片与锚具之间的微滑移及不同摩擦系数影响,分析不同钢绞线张力作用下锚具空间应力分布特征及轴向、环向应变变化规律,并通过锚固张拉试验实测锚具的应变分布。结果表明:钢绞线受夹片横向挤压作用而在锚下位置表现出复杂三向受力状态,计算Mises应力远高于非锚固区域;夹片与锚具接触界面的摩擦系数对锚具应变有明显影响,摩擦系数为0.04时产生的环向和轴向应变均小于摩擦系数为0.01和0.02;锚具应力与钢绞线轴向张力符合单调映射关系,但并不完全吻合线性变化规律,实测锚具对称测点位置处的应力亦难以保证完全一致。     

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.