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。     

一种基于Fourier-Bessel级数求解FRP筋粘结锚固径向反应的解析方法

根据FRP筋表面沿纵向呈周期的特性,提出了一种基于Fourier-Bessel级数求解FRP筋粘结锚固径向反应的实用解析方法。从轴对称问题的基本方程出发,利用标准化Fourier-Bessel级数三角函数等式,推导了修正贝塞尔方程,得到了各向同性材料和横观各向同性材料的解析解,最后针对FRP筋粘结式锚具的边界条件,得到了钢套筒约束的粘结介质以及FRP筋在径向应力作用下的位移和应力计算公式。解析解与有限元解基本一致,验证了基于Fourier-Bessel级数求解FRP筋粘结锚固的径向反应是一种可靠的、实用的解析方法。计算表明,在径向应力作用下,对于钢套筒约束的粘结介质和CFRP筋,轴向位移在粘结界面的径向应力中心位置处最大;钢套筒外壁的径向位移仅为粘结界面处的径向位移1/8;CFRP筋的径向位移在中心轴为零,并向筋材表面线性增加。     

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...     

表层嵌贴CFRP-混凝土界面粘结性能简化分析

为深入研究表层嵌贴碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土结构的界面粘结性能,采用试验与理论分析相结合的方法,分析了混凝土强度、粘结长度和槽边距等因素对界面粘结性能的影响,提出了考虑残余摩擦力的三折线粘结滑移本构模型,并将其简化为无上升段的双折线模型,建立了其界面粘结应力微分方程,通过求解方程得出了解析解的一般形式,推导出界面粘结应力、界面滑移量的分布函数,进而得到了界面粘结承载力的计算公式.最后通过试验对双折线粘结滑移模型进行了验证,并与三折线粘结滑移模型进行了对比分析.研究结果表明:由简化的双折线粘结滑移模型得到的界面粘结行为曲线和基于三折线模型的差异不大,并与试验结果吻合较好;提出的简化分析方法能够较好地描述表层嵌贴CFRP与混凝土的粘结行为.     

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筋混凝土桥面板抗弯性能试验研究

为了提高桥梁的耐久性,本文研究了一种新型CFRP筋混凝土桥面板。通过抗弯性能试验,研究了不同配筋率的CFRP筋混凝土新型桥面板的荷载位移关系、抗弯承载力、CFRP筋应力分布、混凝土应变分布等。试验结果表明,FRP筋与混凝土粘结效使得CFRP筋桥面板具有部分塑性破坏特征,CFRP筋桥面板与钢筋混凝土桥面板相比,具有相似的截面变趋势和应力分布,符合平截面假定。CFRP筋混凝土板的弯曲破模式由CFRP筋与混凝土的粘结强度控制。     

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.     

钢-玄武岩纤维复合筋抗拉性能试验研究

钢-玄武岩纤维复合筋(SBFCB)的基本力学性能是SBFCB应用于混凝土结构的基础。为了研究SBFCB的受拉力学性能,本研究采用专门设计的直筒黏结式锚具锚固SBFCB,对3种不同玄武岩纤维-钢含量比的SBFCB进行抗拉性能试验研究,从试验结果可以得到SBFCB应力-应变关系的曲线,根据两种材料的复合法则推导出SBFCB单向拉伸的应力-应变曲线模型,再将理论值与试验值进行对比,得到以下结论:(1)随着荷载的增大,内芯钢筋先发生屈服,外包的玄武岩纤维承担更大的荷载,最终外包纤维炸裂破坏,属于延性破坏且有明显预兆。(2)内芯钢筋屈服前,复合筋弹性模量高于纯玄武岩纤维筋,应力-应变关系为线性;内芯钢筋屈服以后,复合筋能继续承受更大的荷载,表现出了明显的"屈服后刚度",称之为"二次刚度"。(3)复合筋理论应力-应变曲线与实测的应力-应变曲线基本吻合。(4)SBFCB内芯钢筋与外包玄武岩纤维在钢筋屈服之前能较好地共同受力。(5)复合筋的玄武岩纤维-钢含量比越大,其初始弹性模量越小,二次刚度和极限强度越大。     

预应力钢混凝土组合梁预压应力分布研究

针对体外预应力钢箱混凝土组合连续梁,建立了后张法预压应力在组合连续梁端头向全截面传递的力学模型,根据剪力连接件荷载-滑移本构关系及对称截面处的界面滑移为零等的边界条件,解得混凝土翼板轴向预压应力分布函数.进行了一根体外预应力钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区直线预应力筋及通长折线预应力筋张拉试验,得到的分布函数与试验数据比较吻合.试验及计算表明,影响预压应力分布的主要因素是钢梁与混凝土翼板之间的约束作用.从预应力锚固点到中支座对称点,预压应力逐渐减小,预应力筋越长,预压应力降低趋势越平坦.     

预应力CFRP板加固钢板轴心受拉行为分析

首先分析比较预应力的施加方法和锚固方式,然后基于一维线弹性理论,对预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢板体系的受力过程进行分阶段分析,得到在张拉预应力和受载工况下CFRP板、钢板、胶层的应力分布解析式及CFRP有效粘结长度公式、弹性压缩带来的预应力损失值;最后利用ANSYS中Solid95三维单元进行有限元模拟对比分析。结果表明:直接张拉CFRP板能有效控制预应力及其加固效果,比间接法施加预应力有更多优势;采用高强螺栓连接的平板夹具锚传递大部分荷载,改善了非预应力粘贴加固界面的薄弱特点;该理论分析及有限元模型是可靠、有效的。     

型钢-钢纤维混凝土黏结应力组成及影响因素分析

为了研究型钢-钢纤维混凝土界面的黏结应力组成,以截面类型、界面锚固长度、钢纤维掺量和钢纤维混凝土保护层厚度为变化参量,完成了34根试件的推出试验,分析了试件的损伤破坏及裂缝发展形态,获得了加载端和自由端的荷载-滑移曲线。基于荷载-滑移曲线上的4种临界状态,根据界面黏结应力与外荷载的平衡关系,提出了黏结应力各组成部分的计算公式,最后分析了各因素对界面黏结应力的影响规律。研究结果表明：黏结界面的失效可分为3个阶段,即界面无损阶段、界面黏结部分失效及裂缝发展阶段、界面黏结完全失效及试件破坏阶段;型钢与钢纤维混凝土界面的黏结应力是由化学胶结应力、摩擦应力和机械咬合应力3种应力共同组成,黏结应力沿界面长度方向呈非均匀分布状态,其中化学胶结应力只存在于固定黏结扩散区;界面黏结应力组成中,化学胶结应力所占比重最大,摩擦应力次之,机械咬合应力最小;化学胶结应力随界面锚固长度的增加而减小,摩擦应力随钢纤维混凝土保护层厚度和钢纤维掺量的增加而增大,机械咬合应力随钢纤维混凝土保护层厚度的增加而增大。     

型钢水泥土构件界面粘结应力试验研究

为研究型钢水泥土复合构件中型钢与水泥土之间的相互作用,进行了型钢水泥土复合构件在型钢受轴向拉力作用下的室内试验,得到了粘结应力沿构件全长的分布规律和构件内某点粘结力的变化规律。证明在试验所用的水泥土强度条件下,型钢与水泥土有效锚固长度为构件全长,且构件破坏时锚固长度内各点均达到极限粘结应力。     

表层嵌贴CFRP-混凝土结构的黏结性能研究

为研究嵌贴的CFRP与混凝土间的黏结性能及黏结滑移关系，对22个嵌贴CFRP加固混凝土棱柱体试件进行了单剪拔出试验，考察了混凝土强度、槽宽、槽边距、树脂保护层厚度、及构件截面尺寸等因素对嵌贴CFRP-混凝土界面的黏结承载力、破坏模式、黏结刚度、黏结滑移关系等性能的影响；在试验结果基础上提出了含残余摩擦段的三段式黏结滑移关系模型，进而明确了混凝土强度与槽边距等因素与峰值黏结应力等模型特征参数的相关性，最终在上述工作基础上建立了首次考虑混凝土强度、槽宽、槽边距等多因素影响的黏结滑移关系模型。研究结果表明：所考察的各因素对嵌贴CFRP与混凝土界面的黏结性能及黏结滑移关系存在显著影响；运用最小二乘法得到的含特征参数的黏结滑移关系模型对界面断裂能的预测精度优于现有其他模型；所建立的考虑多因素影响的黏结滑移关系模型预测的峰值黏结剪应力与文献试验实测值的相关系数为0.65，预测精度较高。     

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。     

基于悬链线形的斜拉桥极限跨径

该文通过建立斜拉索的平衡微分方程,将沿索长分布的均布荷载转化为沿跨度分布的等效均布荷载,并对方程进行求解,得到斜拉索的悬链线形方程。该方程可用于较精确地计算斜拉索性能。基于该方程,研究了斜拉桥的极限跨径。研究结果表明,斜拉桥的极限跨径与塔高有关,在可接受的塔高范围内,斜拉桥的极限跨径为3 000 m左右,若采用CFRP拉索可提高到6 000 m左右。