CFRP筋粘结式锚固系统的疲劳性能研究

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。

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第一章 绪 论

1.1 现代桥梁工程发展

1.2 FRP材料介绍

1.3 CFRP锚具分类

1.4 CFRP锚具试验研究现状

1.5 本文主要研究内容

第二章 试验设计

2.1 试验目的

2.2 试验装置

2.3测试项目

2.4加载程序

2.5疲劳失效的特征与依据

2.6静载试验加载程序以及测试内容

2.7 试件设计

2.8 试件的制作

2.9试验流程图

2.10本章小结

第三章 粘结型CFRP筋锚固系统的试验研究

3.1 静载锚固试验

3.2 疲劳加载锚具试验

3.3疲劳50万次后试件的静载锚固性能

3.4制造加工缺陷对锚固系统性能的影响

3.5本章小结

第四章 复合材料损伤及剪切筒模型

4.1疲劳概念

4.2 FRP复合材料疲劳损伤与损伤特征

4.3界面疲劳损伤

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1研究内容与结论

5.2研究的展望

参考文献

致谢

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