碳纤维预应力筋及拉索锚固系统抗疲劳性能的试验研究

摘要

本文对以高强活性粉末混凝土(RPC)为新型粘结介质的粘结式锚具和对传统夹片式锚具进行改进后的新型夹片式锚具，通过200万次疲劳试验证明了这两种锚具锚固碳纤维(CFRP)筋的可行性，并采用有限元方法分析了粘结式锚具参数对组装件抗疲劳性能的影响。 对于粘结式锚具，研究了以活性粉末混凝土(RPC)为粘结介质、粘结长度为200mm的锚具组装件的抗疲劳锚固性能。通过试验证明了高强活性粉末混凝土(RPC)作为粘结介质的新型粘结式锚具锚固碳纤维(CFRP)筋的可行性。 对于夹片式锚具，通过对传统的夹片式锚具进行改造，改善了碳纤维(CFRP)筋在夹片式锚具作用下的受力性能。对不同长度和锚杯内壁倾角的夹片式锚具的抗疲劳性能进行了试验研究。通过试验证明了该类锚具具有良好的动力抗疲劳性能。 对碳纤维(CFRP)复合材料和锚具组装件的疲劳理论及疲劳寿命公式进行了评述，并借鉴国内外一些比较成熟的疲劳寿命试验公式，对本文的试验结果进行验证；同时，对公式进行了一定的参数修正，得出了能在一定程度上反映本文试验条件下锚具组装件的疲劳寿命公式。 采用大型通用有限元程序ANSYS，对粘结式锚具组装件的抗疲劳性能进行了有限元分析。研究了不同锚固长度、钢套筒内壁倾角对粘结式锚具组装件抗疲劳性能的影响，疲劳试验结果在一定程度上验证了该理论分析结果的正确性。 最后，对适合碳纤维(CFRP)筋锚具的发展和进一步研究提出了建议和注意的问题。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2 FRP在桥梁及结构工程中的应用

1.3国内外CFRP筋及拉索锚具的研究现状

1.3.1国内的研究状况

1.3.2国外的研究状况

1.4国内外CFRP筋及拉索锚具抗疲劳试验的研究现状

1.4.1 CFRP材疲劳试验研究

1.4.2锚固系统疲劳试验研究

1.4.3疲劳试验方法的研究现状

1.5应用过程中的技术难题及本课题的研究意义

1.6研究路线

第2章疲劳试验概述

2.1试验目的

2.2试验装置

2.2.1尺寸及构造

2.2.2安全保护装置

2.3试验设备

2.4测试内容

2.5加载程序

2.6破坏判据

2.7静载试验加载程序及测试内容

2.8组装件的设计与制作

2.8.1夹片式锚具组装件的材料及尺寸

2.8.2粘结式锚具组装件的材料及尺寸

2.8.3材料的基本性能

2.9试验流程及应变片的布置

2.10本章小结

第3章锚固系统抗疲劳性能的试验研究

3.1夹片式锚具组装件实验结果

3.1.1锚杯长度和倾角对滑移的影响

3.1.2循环荷载对滑移的影响

3.1.3循环荷载对锚杯应变的影响

3.1.4循环加载过程中CFRP筋轴向动应变曲线

3.1.5循环荷载对CFRP筋刚度的影响

3.1.6未疲劳和疲劳200万次后组装件滑移的比较

3.1.7考虑惯性力影响的实际加载力

3.1.8疲劳后组装件的破断力及破坏形式

3.2粘结式锚具组装件实验结果

3.2.1循环荷载对滑移的影响

3.2.2循环荷载对钢套筒应变的影响

3.2.3循环加载过程中CFRP筋轴向动应变曲线

3.2.4循环荷载对CFRP筋刚度的影响

3.2.5疲劳后静载试验过程中组装件的滑移

3.2.6考虑惯性力影响的实际加载力

3.2.7疲劳后组装件的破断力及破坏形式

3.3本章小结

第4章锚固系统疲劳强度分析方法初探

4.1概述

4.2 CFRP筋疲劳裂纹分析

4.3疲劳损伤浅析和疲劳寿命预测

4.3.1锚固系统疲劳损伤

4.3.2 CFRP筋疲劳寿命预测

4.3.3影响组装件疲劳寿命的因素

4.4组装件CFRP筋剩余刚度预测模型

4.5粘结式锚具界面粘结的疲劳损伤分析

4.6组装件锚固端的延性分析

4.7本章小结

第5章锚固系统抗疲劳性能的有限元分析

5.1粘结式锚具的粘结机理

5.2粘结式锚具组装件抗疲劳性能的有限元分析

5.2.1 ANSYS疲劳计算概述

5.2.2有限元计算模型

5.2.3计算结果及对比分析

5.3本章小结

结论及建议

参考文献

致谢

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