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CFRP索股粘结型锚固系统承载性能研究

发布时间:2020-11-22 17:33
   CFRP具有质量轻强度高、弹性好、耐腐蚀与疲劳等众多优点,具有极高的工程应用价值,有望在未来土木工程领域中替代传统钢筋。但是CFRP材料抗剪强度低,锚固困难,使其在工程中的应用受到严重制约。因此,针对CFRP筋材研究并发明一种新型锚具,具有重要的意义和实用价值。文章依托国家自然科学基金项目的资助,针对CFRP索股粘结型锚具锚固性能,论文开展的主要内容有:(1)归纳和总结近年来CFRP筋锚固性能的研究成果,探讨现有的直筒型锚具、内锥型锚具及其衍生出的几种粘结型锚具的优缺点。通过力学计算各自锚具的锚固受力机理,从而提出内曲面型锚具的发明设计,并对其进行力学计算证明内曲面型锚具的受力性能优越。(2)采用大型通用有限元软件ANSYS建立有限元实体模型,数值模拟对比分析内锥型、内锥加直筒型、直筒加内锥加直筒型锚具和新研发内曲面型锚具这四种不同锚具结构形式的受力性能,包括锚筒接触挤压应力及锚固区CFRP索股径向挤压应力、CFRP索股横向剪应力、CFRP索股轴向拉应力分布,通过有限元计算分析证明内曲面型锚具的锚固性能优越。(3)制作新发明的内曲面型锚具物理实物,将其与CFRP索股组装制作试验试件进行静载拉伸试验研究。每个试件的索股含13根5mm的非光圆CFRP筋,通过轴向拉伸试验获得极限承载力,从而得到内曲面型锚具的锚固效率,进而论证内曲面型锚具的锚固性能优越,能够完全满足常规设计要求。(4)再次通过有限元ANSYS对内曲面粘结型锚具进行参数和CFRP索股大尺寸多层丝锚具建模分析,为CFRP索股粘结型锚具的设计与研究提供参考。
【学位单位】:北京建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:TQ327.3;TU476
【部分图文】:

CFRP棒,绞线,碳纤维材料,棒材


(c)螺纹筋 (d)光圆筋图 1-1 不同类型碳纤维材料国内外生产的 CFRP 索包括棒材和绞线,人们通常又把 CFRP 棒材称作 CFRP 丝或者 CFRP 筋。CFRP 筋横截面形式大多为圆形状,表面形式有光滑或压纹,压纹形式需进行勒痕或缠丝处理。CFRP 筋表面的压纹形式要比光圆筋与粘结介质的粘结性能更好碳纤维(CFRP)绞线是将一定数量的小直径碳纤维复合筋绞缠后,再经环氧树脂浸润固化而成的筋束,简称 CFRP 绞线,外形类似于钢绞线。目前 CFRP 绞线的形式有单股7 股、19 股、37 股等,常用的直径从 3~40mm 不等[16]。在实际工程中应用较多的是 CFR片材及棒材。1.2.3 CFRP 材料优缺点对钢铁、铝合金等传统材料的替代,是碳纤维应用推广的主要动力。与钢索相比CFRP 索的制造未达到一致的标准,CFRP 筋与钢筋、钢绞线相比其主要特点如表 1。

应力-应变曲线,夹片,锚具


图 1-2 钢与 CFRP 的应力-应变曲线图性较差。受温度影响较为明显,如果温度过高,CFRP 索。系统研究现状类向异性可知其抗剪强度较低,传统的锚具形式不再适用承载能力最终又是由锚具的锚固性能所决定,因此需要的新型锚具[21-22]。具要是由锚杯、夹片、软金属套管等部分组成,通过传统P 筋受到拉力时,夹片受到内锥作用,其对 CFRP 筋产生进行锚固,如图 1-3 所示。夹片型锚具更容易产生切口集中现象,从而对筋材产生一定的剪切作用,将会容易导破坏[23],不利于 CFRP 筋材的受力。因此,对传统夹片片倾角的改进。依据 CFRP 筋的材料特性选取夹片顿角

锚具,夹片,施工安装,结构相


图 1-3 CFRP 筋夹片型锚具锚具结构相对比较简单,组装起来也较为方便,更便于工程现场业,可重复利用,组装完成后即可使用。但滑移量较大,易产低。夹片型锚具容易对筋材造成夹持损伤,该类锚具相对于粘的稳定性较差[25]。同时,常用夹片型锚具仅能锚固单根 CFRP 伤较大,对于锚固 CFRP 索股来讲需用多个夹片型锚具,这样致使锚具的施工操作更为复杂,也因此该类型锚具的推广和约。型锚具锚具根据锚筒结构的不同可分为:直筒式、内锥式、直筒加内式;根据粘结介质的不同可分为珊瑚混凝土、环氧树脂、混凝结介质、端堵、螺母等是组成粘结型锚具的主要部分,端堵带并间隔一定相同间距。如图 1-4 所示。
【参考文献】

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本文编号:2894614

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