CFRP筋新型机械夹持-黏结型复合式锚具短期静力性能试验

为充分发挥CFRP筋高强轻质的特性,设计了一种新型机械夹持-黏结型复合式锚具,通过改变锚具的黏结长度、黏结介质倾角和黏结介质掺合料,以及是否设置夹片等参数,对6组锚具进行试验研究,测试CFRP筋新型锚具的极限荷载、荷载-滑移曲线、筋材应力和锚具钢套筒应力分布,分析不同参数对新型锚具锚固性能的影响规律,并与未设置夹片的对照组锚具进行比较,最后对3根CFRP筋材的复合式锚具锚固效果进行了试验验证。试验结果表明：新型锚具最终失效形式均表现为筋材破断破坏,且锚具锚固效率系数均满足规范规定的大于0.9的要求;筋材滑移量随着锚具黏结部分长度的增大而减小,合适的锚固长度宜为30~40倍筋材直径;锚具黏结部分倾角的减小会造成顶推力的减小,并造成锚具加载端与自由端滑移量差值增大;黏结介质中适度的掺砂量能够提升锚具的锚固性能,但当掺砂量超过一定程度时,将影响黏结介质本身的胶结性能,建议掺砂量不超过10%;无夹片组失效模式为筋材与胶体黏结滑移失效,锚固效率低,而新型复合式锚具由于顶推力的存在不仅能够减小锚具的整体滑移量,而且能够有效避免锚具在加载端的应力集中现象,极大改善锚具受力性能,提高锚具的锚固效率;该新型复合式锚具对多根CFRP筋材同样具有良好的锚固效果。     

CFRP绞线粘结式锚具的静力试验研究

为研究以活性粉末混凝土(RPC)作为粘结介质的粘结式锚具对CFRP绞线的锚固性能,采用了两种锚固形式(整束锚固和分散锚固),共计16个试件进行了拔出试验研究。结果表明:CFRP绞线在锚固区内的锚固形式对锚固性能影响显著,在相同锚固长度下,分散锚固形式较整束锚固形式具有更高的锚固效率;对于分散锚固形式,其锚固性能随着边丝张开角度的增大进一步提高,当边丝张开角度为5°时,绞线由于较大剪切效应而发生承载力较低的折断破坏,因此,分散锚固形式的边丝张开角宜为3°~5°。     

Fatigue Behavior of Bond-type Anchorage with CFRP Tendon

CFRP预应力筋锚固系统的系统研究成果尤其是疲劳性能研究仍较少,采用疲劳试验机对以高性能活性粉末混凝土RPC作为新型粘结介质的CFRP预应力筋粘结式锚具的疲劳性能进行试验研究,CFRP预应力筋锚固系统疲劳试验采取对组装件交替施加静荷载和疲劳荷载,即用静载试验来检验组装件在经历一定次数重复荷载后的静力性能变化.试验结果表明该类锚具具有良好的抗疲劳性能,随着循环加载次数的增加,组装件之间的相对位置将趋于更加稳定的状态;循环加载过程中CFRP筋抗拉刚度略有降低,疲劳136万次与疲劳前组装件CFRP筋的抗拉刚度比值为93.7％.循环荷载作用下对粘结式锚具组装件有损伤,但当所施加的荷载未超过其极限破断力的40％时,CFRP筋与RPC之间的相对位置将保持比较稳定的状态,此时存在一定损伤的粘结式锚具组装件仍具有较好的承载能力.     

基于位移控制CFRP板新型锚具锚固性能研究

为探究通过位移控制施加预紧力的CFRP板锚具的锚固性能,明确静载作用下锚具的锚固效率及CFRP板的受力机理,对新型曲面夹持式锚具进行设计,锚具构件由钢制夹板以及限位板组成。夹板通过弧面设计避免端口效应产生的剪切破坏,通过改变限位板厚度,控制夹板挤压位移,以达到调控预紧力的目的。通过8组16次试件锚具静载试验,探究限位板厚度在1.65~2.00 mm,夹板挤压位移在0.30~0.65 mm时CFRP板的锚固效率、应变、变形量、相对滑移以及总位移。结合ANSYS有限元软件,对锚具在不同限位板厚度控制下CFRP板的张拉应力以及锚固效率进行分析,对锚具静载试验进行对比。研究结果表明：锚具静载试验,当夹板挤压位移在0.30~0.45 mm时,破坏形态为滑脱,达到0.5 mm时CFRP板发生纵向劈裂破坏;夹板横向两侧位移0.65 mm时,发生由横向两侧向中部的爆炸式破坏,最大试验锚固效率为89%;夹板挤压位移在0.3~0.65 mm时,CFRP板变形量为1.41~2.95 mm,滑移量在0.7~2.1 mm之间,总位移未超过4 mm,锚固性能越好滑移量越小;有限元模拟最大锚固效率为91%,CFRP板位移对比差值未超过5%。;由于CFRP板回缩及夹板变形带来一定的应力损失,损失大小建议取张拉应力的7.67%;试验同时发现,CFRP板为正交异性板,其横向宽度较大,张拉时受纵向剪应力影响比较大,因此设计时需尽量避免横向出现的挤压应力不均;对CFRP板纵向剪应力进行分析,得到主要影响参数夹板厚度的最优范围在35~40 mm之间。     

环氧涂层填充型钢绞线锚具的有限元建模与锚固性能分析

为解决环氧涂层填充型钢绞线锚具设计中锚板与夹片锥角相匹配的问题,利用ANSYS软件对其锚具进行了有限元建模和分析,计算了在锚板与夹片锥角相同以及锚板锥角小于夹片锥角10′情形下锚具的应力、变形及压力,分析了对锚固性能的影响。结果显示,锚板与夹片锥角相同时,夹片根部的Mises应力、径向应力及锚板与夹片之间的压力值都很高,产生切口效应,锚固效率小于95%,达不到锚固性能要求;当锚板锥角比夹片锥角小10′时,锚具应力、变形及压力减小了很多,未出现切口效应,锚固效率大大超过95%,完全符合锚固性能要求。此外,分析了夹片与锚板间摩擦系数对锚板受力及锚固性能的影响,可为锚具的设计和制造提供参考。     

CFRP筋锚具粘结界面剪应力的影响参数研究

研究采用树脂胶作为粘结剂的CFRP筋粘结式锚具的传力机制。以荷载、锚具长度、胶体厚度、弹性模量及设端堵与不设端堵等为参数,采用有限元法分析上述参数对锚具中CFRP筋-树脂胶体粘结界面的剪应力分布的影响,研究给出CFRP筋锚具主要的设计参数建议值。     

CFRP斜拉索锚具的静载试验研究

通过制作5束试验索，并对5组锚具组装件进行静载试验，探索了CFRP斜拉索的制索工艺，研究了树脂封装型锚具的失效特征、锚固效率、荷载～滑移行为等，为将由此形成的制索工艺和所研制的树脂封装型锚具应用于江苏大学西山人行天桥中，提供有力依据。     

高强CFRP拉索-弯折锚固系统静力性能研究

为了满足索承结构对拉索索力增长的需求,增加单筋直径和数量来提升索力是一种有效方法,但同时会导致索体直径和盘卷直径过大。为此,基于先前开发的变刚度锚固荷载传递介质,提出一种采用多根高强小直径CFRP筋的弯折锚固系统(简称弯折锚)来同时提升索力和弯曲性能。针对多筋拉索建模复杂以及计算效率低的问题,提出了基于等效圆环的应力释放模型,并利用足尺试验对应力释放模型的可靠性以及锚固方法的有效性进行验证。结果表明：改变单筋间距有利于减小平行锚最外层筋内外侧轴向拉应力差,但对轴向应力和径向应力影响较小。应力释放模型可以有效解决封闭圆环模型的“环箍效应”,使拉索内层筋的环向挤压应力更加趋近于真实的多筋模型。高强CFRP拉索失效模式为整体炸裂式破坏,荷载传递介质几乎没有受到可见的挤压和剪切损伤。应力释放模型对荷载-位移曲线、轴向位移和锚固区拉索轴向应变均具有较高的模拟精度。Φ4-91高强CFRP拉索的实测极限抗拉力为3 393 kN,相应的锚固效率为91%,而锚固效率低的原因在于多筋受力不均匀和未对锚具进行重新设计。自由段拉索轴向应变随荷载的增加而增大,应变片粘贴位置、胶层厚度以及筋材长度误差是导致轴向应...     

CFRP粘结型锚具的受力性能分析

针对CFRP粘结型锚具理论分析相对滞后的现状，对直筒式粘结型锚具，提出了一种粘结应力的分布模型，并采用解析法分析了其极限承载力，对内锥式和直筒＋内锥式锚具，分别采用有限元法分析了其使用荷载下的受力性能，为CFRP粘结型锚具的优化设计提供理论依据和建议。     

填充型环氧涂层钢绞线锚具的设计与锚固性能试验

对填充型环氧涂层钢绞线锚固单元的锚固过程和锚固机理进行分析,利用ANSYS软件进行有限元建模和分析。分析结果显示,夹片外锥角为11°~13°,夹片内丝牙螺距为1.5~2 mm,齿高为0.7~0.9 mm,牙型角为60°~70°,夹片锥角比锚板孔锥角大10’~20’时,不出现切口效应,锚固效率系数大于95%。通过静载试验和疲劳试验验证其锚固性能,试验结果表明,在填充型环氧涂层钢绞线施工过程的低应力和使用过程中的高应力状态下,该锚具均具有可靠的锚固性能。     

夹片群锚锚固性能的参数研究

为研究夹片群锚的锚固性能,建立多孔锚具参数化非线性有限元模型,分别对夹片锥角以及夹片与锚环间的摩擦系数对锚具受力特性的影响进行研究.结果表明:随着锥角和摩擦系数在一定范围内增大,锚环的应力会逐渐减小;锚环内各锥孔受力不均匀,靠近锚环中部的锥孔应力相对较小.     

大吨位CFRP拉索锚固系统静力性能研究

为研究大吨位CFRP拉索锚具的锚固性能及极限承载力,实现CFRP拉索的可靠锚固,设计了19根CFRP筋大吨位机械夹持-黏结型复合式锚具,对其进行了静载试验研究和理论分析.试验中对筋材滑移、筋材应变和钢套筒应变分布进行测试;利用ANSYS软件建立大吨位锚具有限元模型,对筋材滑移量、钢套筒环向和纵向应变进行分析,探明了锚固...     

CFRP丝股新型锚固系统受力分析及试验研究

为解决CFRP丝股现有内锥形锚具锚固区的径向挤压应力分布不合理及丝股在受荷端存在弯折等问题，研制了双筒黏结型锚具。该新型锚具在传统内锥形锚具内，置入一个带有多条纵向切缝的钢质套管，套管切缝的宽度沿纵向渐变，则套管的径向收缩刚度随之渐变，此举可避免小孔端挤压应力过大，以实现径向挤压应力的合理分布。套管包裹住CFRP丝股，以环氧树脂作为黏结介质，并对锚具进行预紧。利用ANSYS软件对6组不同丝间距和套管壁厚的新型锚具进行受力模拟，得出最优锚具设计尺寸参数，探明了锚固区筋材应力分布情况；制作现有传统内锥形锚具及新型锚具，对19丝Φ5的丝股进行静力拉伸试验，并对各影响因素进行分析。结果表明：新型锚具锚固效率系数可达到110%,相比普通内锥形锚具提高了近30%;丝间距以1～2 mm为宜，丝间距越小锚固性能越好；套管、预紧力对提高锚固性能影响很大，套管的壁厚在4～6 mm为宜，在此范围内壁厚越大，丝间距对锚固性能的影响越弱；预紧力大小约等于锚固系统极限承载力时，锚固效率相对于无预紧作用提高12%。     

极限状态时CFRP筋粘结式锚具粘结应力分布

结合不同荷载水平下CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer／Plastics）筋的粘结应力分布特点，详细分析了荷载传递机制，论证了极限状态时粘结应力分布是光滑平顺的，并指出了BBA模型的不足之处，从而提出了光滑曲线模型，对CFRP筋沿锚固长度方向的粘结应力和轴力计算公式进行了推导，通过算例对光滑曲线模型的可靠性进行了验证。研究表明，极限承载力的计算结果与实测结果吻合较好，但由于理论模型中峰值应力为埋长小于13倍CFRP筋直径的平均粘结应力，它比实际峰值应力小，导致极限承载力的计算结果均比实测结果小；光滑曲线模型比BBA模型更靠近实测结果；锚固长度越大，极限状态下粘结应力分布越不均匀，极限拉力的实测结果与理论结果差值也越大。研究成果可以为粘结式锚具的设计提供参考。     

FRP筋混凝土界面疲劳黏结性能试验研究

针对FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋混凝土界面黏结性能的疲劳寿命问题,开展了CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋材与活性粉末混凝土RPC(Reactive Power Concrete)之间的疲劳黏结性能试验研究。试验详细研究了锚固长度、循环次数、应力水平以及应力幅值等参数对疲劳锚固性能的影响。结果表明,在疲劳荷载的作用下,组装件之间的黏结性能将随循环荷载次数的增加更加趋于稳定;在相同荷载等级下,锚固长度越大,CFRP筋相对于RPC的滑移量越小;在相同荷载等级下,应力幅值越大,CFRP筋相对于RPC的滑移量越大;200万次循环荷载后的CFRP筋抗拉刚度总体上略微降低,但对CFRP筋使用性能影响很小;疲劳后组装件极限承载力有所提高,疲劳荷载使CFRP筋与RPC的黏结处于更加稳定状态。总之,CFRP筋在超高性能混凝土RPC中具有极其优良的疲劳黏结锚固性能。     

FRP筋混凝土界面疲劳性能的有限元分析

为研究纤维增强复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer)筋混凝土界面在疲劳荷载作用下的粘结性能,利用有限元软件ANSYS建立FRP粘结式锚具组装件模型,通过对模型施加疲劳荷载,得到各参数对组装件疲劳寿命的影响。研究结果表明,有限元分析结果与试验结果吻合较好,说明该有限元模型具有良好的可靠性。得到了锚固长度、应力水平以及应力幅值等对CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋在活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)中的粘结疲劳寿命的影响规律。     

CFRP筋在活性粉末混凝土中的粘结应力分布

通过试验研究了碳纤维增强复合材料(CFRP)筋在活性粉末混凝土(RPC)中粘结应力沿埋长的分布,得到了CFRP筋在RPC中的应力-应变关系、荷载-滑移关系以及粘结应力沿埋长的分布曲线,并建立了粘结应力的位置函数计算式。在试验研究的基础上,从粘结锚固性能的平衡方程、变形方程以及本构方程出发,推导了粘结应力、CFRP筋轴向应力、滑移量以及位置函数等锚固变量沿锚长分布的理论计算公式。结果表明:粘结应力和CFRP筋应力沿埋长分布的实测曲线与理论推导预测曲线吻合较好,理论推导具有可行性;CFRP筋轴力沿埋长线性增加;CFRP筋在RPC中的粘结应力沿埋长分布较为均匀;钢套筒的存在使得粘结应力分布趋向于更加均匀;混凝土抗压强度和CFRP筋直径越大,粘结应力沿埋长分布越均匀;锚固长度越大,粘结应力沿埋长分布越不均匀;弹性模量越大,粘结应力沿埋长分布越均匀,且以CFRP筋的弹性模量对粘结应力分布的影响最大,钢套筒的弹性模量次之,混凝土的弹性模量最小。     

鹅公岩轨道专用桥主缆锚固区模型试验研究

重庆鹅公岩轨道专用桥为主跨600m的自锚式悬索桥,为研究其主缆锚固区的受力性能与传力规律,设计制作缩尺比1∶5的主缆锚固区节段模型进行静力试验,测试模型的应力与压缩变形,并将试验结果与有限元分析结果进行对比。结果表明:设计荷载作用下,主缆锚固区未出现开裂;加载至2.0倍设计荷载时,模型出现2条裂缝,裂缝最大宽度为0.15mm;试验加载过程中,主缆锚固区各构件的纵向应力随荷载增大均线性增大,结构处于弹性工作阶段;各构件纵向正应力由锚固横梁向结合段横梁纵向变化规律总体表现为先增大后减小;2.0倍设计荷载作用下,锚固区各构件压应力均小于混凝土抗压强度标准值,结构具有足够的安全储备。     

CFRP束体外预应力桥梁动力特性研究

对国内首座CFRP束体外预应力公路桥梁进行荷载试验。试验结果表明何圩桥前2阶自振频率实测值与理论值接近。CFRP束体外预应力桥梁的冲击系数随加载车辆行驶速度的增加而增大。实测冲击系数小于规范中规定值,桥面的平整度较好且具有较好的行车性能。试验进一步证明了体外预应力桥梁设计方法和相关设计参数取值的合理性,对于完善CFRP束体外预应力桥梁的设计方法和积累体外预应力桥荷载试验经验具有重要意义。作为试验桥,何圩桥可为CFRP束用做桥梁体外预应力提供参考。     

对钢绞线“切口效应”改善的探讨

要改善钢绞线锚具的“切口效应”就要分阶段对夹片进行设计，通过分析和试验观测提出了对“切口效应”的改善措施，使ＧＹＭ锚锚固效率系数ηＡ≥０．９５。