三孔CFRP夹片式锚具受力性能分析与试验研究

摘要

纤维增强复合材料FRP(Fiber ReinforcedPlastics/Polymer)因具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等优点而在替代钢绞线和拉索用于桥梁结构中体现出明显的优势。但因FRP预应力筋具有显著的各向异性、横向抗剪切和抗挤压性能差等缺点，传统预应力钢束和拉索锚固体系极易将FRP筋在张拉时剪断而使FRP筋的高抗拉强度得不到充分的发挥，因此研发出一套适合于FRP筋的锚固体系是十分必要的。现阶段国内外学者大多针对单孔锚具形式进行研究，此类锚具锚固性能不可靠、张拉吨位低，不能满足实际工程的需要。为提升锚固吨位，本文采用CFRP材料制成三孔夹片式锚具并进行张拉试验，以期为日后FRP预应力筋走向工程实际，提高结构的耐久性和实现真正意义上完全非金属混凝土结构提供技术参考。本文主要研究内容如下：
　　首先，通过查阅国内外关于FRP筋、现有预应力钢束和FRP预应力筋锚具的资料，归纳CFRP制夹片式锚具应具有的力学特性；
　　其次，通过有限元分析软件ANSYS对三孔CFRP夹片式锚具进行受力性能分析，并与课题组已研发的单孔GFRP锚具对比，从而评估三孔CFRP锚具的力学行为；
　　再次，采用参数化分析方法对影响三孔CFRP夹片式锚具锚固性能的尺寸参数进行对比分析，从而得到较为理想的锚具构造尺寸；
　　最后，设计三孔CFRP夹片式锚具，制作并对单孔锚固单元系统进行受压和张拉试验，并将试验结果与有限元模型对比，为日后进一步改进三孔CFRP夹片式锚具提供技术支持。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 CFRP筋介绍

1.3 现有预应力钢束锚具系统

1.4 CFRP预应力筋锚具的研究现状

1.5 本文主要研究内容

2 多孔FRP夹片式锚具系统理论研究

2.1 CFRP筋锚具类型

2.2 夹片式锚具锚固原理

2.3 CFRP筋夹片式锚具失效模式及相应改进措施

2.4 锚具的强度校核

3 三孔CFRP夹片式锚具受力性能分析

3.1 有限元模型建立

3.2 三孔锚具受力性能数值模拟结果

3.3 三孔CFRP锚具与单孔GFRP锚具的受力性能对比

3.4 本章小结

4 三孔CFRP夹片式锚具尺寸参数化设计

4.1 夹片倾角

4.2 夹片与锚环锥孔倾角差

4.3 锚环内芯顶面厚度

4.4 锚具高度

4.5 锚固单元间距

4.6 锚环外套缠绕厚度

4.7 本章小结

5 CFRP夹片式锚具试验研究

5.1 夹片式锚具的尺寸拟定与试样

5.2 锚环内芯受压试验

5.3 锚环内芯-夹片受压试验

5.4 单孔锚固单元-CFRP预应力筋张拉试验

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望与建议

致谢

参考文献