CFRP筋黏结型锚具界面疲劳特性研究

摘要

碳纤维增强复合材料（CFRP）由于其优良的轻质、高强、抗疲劳及耐腐蚀性能，在桥梁等工程中潜在应用价值巨大，运用CFRP索替代钢索有望从根本上解决钢索锈蚀、自重大等问题。由于CFRP各向异性，其预应力筋的锚固不能采用类似钢索的传统锚固方式，否则将导致筋材发生横向剪切破坏，使锚固系统提前失效。目前开发的各型锚具中，如黏结式锚具，虽然在一定程度上解决了CFRP筋的锚固问题，但是仍存在一些其他问题，如黏结式锚固系统中黏结界面的存在，容易使锚固系统发生黏结滑移破坏，从而降低了其锚固效率。因此对锚具的界面特性进行研究，特别是研究界面疲劳特性，了解界面黏结损伤机理，提高其黏结性能，对改善锚固系统工作性能，提高其锚固效率具有重要意义。 依托国家自然科学基金项目（51508235），江苏省教育厅高校自然科学基金项目（17KJD580002），国家自然科学基金项目（51608234）。本文研究的主要内容及成果如下： 1.静载试验研究 研究了不同内部结构形式的内锥式锚具的锚固效果，并根据试验结果选取了一种较为合适的内锥式黏结型锚具用于疲劳试件的制作；测试了筋材-介质界面不同处理方式下黏结式系统锚固性能变化；分析了界面削弱程度对系统锚固性能的影响。基于测试结果，得出以下结论： （1）黏结式锚具内锥倾角的增大有助于提升其锚固性能，随着倾角在一定程度上的增大，其锚固效果也有一定程度的提高。 （2）筋材表面黏砂处理虽然提高了筋材-介质界面粗糙程度，但是含量过高的沙粒，降低了界面的黏结性能。 （3）锚固区筋材表面张贴应变片的数目越多，界面黏结性能削弱程度就越大，锚固系统的锚固性能就越差。 2.疲劳试验研究 根据静载试验结果，选取了具有特定参数和结构形式的黏结型锚具进行疲劳试件的制作和养护，并对养护后的黏结式锚具试件进行了不同参数（频率、应力幅等）的疲劳加载试验，研究了循环加载过程中黏结式锚固系统筋材-介质界面的疲劳特性。基于试验结果，得出以下结论： （1）在一定的应力幅值范围内，随着疲劳加载的次数的增加，黏结式锚固系统筋材-介质界面滑移逐渐增加；但随着加载次数的增加，界面滑移值增幅却在逐渐减小，系统逐渐趋于稳定；加载达到一定次数后，滑移值不再增加，系统达到稳定状态。 （2）加载频率对界面温度变化具有较大影响，频率较低时界面温度逐渐升高并达到稳定；频率较高时，界面温度先升高后降低并逐渐达到稳定；温度变化在一定程度上与界面滑移变化具有一致性，两者均反映了锚固系统的工作状态。 3.界面疲劳损伤分析 本文分析了黏结式锚固系统筋材-介质界面黏结锚固机理，通过循环加载试验研究了界面疲劳特性（界面滑移变化、温度变化等），在此基础上运用剪切筒几何模型结合试验数据分析了锚固系统界面疲劳损伤。 最后本文指出了目前对于CFRP筋具研究与应用存在的不足之处，结合当今世界桥梁工程的发展状况，指出其研究及应用有待进一步提升之处并为其抗疲劳设计提供了一些建议。

目录

第一个书签之前