碳纤维增强复合材料筋复合型锚具试验研究和有限元分析

为综合粘结型锚具与夹片型锚具各自的优点,在已有碳纤维增强复合材料(简称CFRP)筋锚具的基础上,研究由粘结部分与夹持部分协同工作而成的复合型锚具。由直筒粘结型锚具的静载试验,研究胶体粘结性能,粘结长度、胶体厚度对锚固性能的影响。通过复合型锚具静载试验,研究该类锚具的失效模式、极限荷载、滑移变形等,结合锚固区实测应力变化,初步分析锚固应力的传递机制。通过有限元分析方法,模拟计算夹片倾角、锥角差、预紧力等参数对复合型锚具内部受力的影响,得到建议设计参数,为复合型锚具结构优化提供参考。     

碳纤维筋复合型群锚的设计及试验研究

为解决多根碳纤维(CFRP)筋的锚固问题,设计了3种CFRP筋复合型群锚,并进行静载锚固性能试验,测试锚具的极限拉力、各级荷载下CFRP筋的应变和锚具的总位移量。结果表明:所研制复合型群锚可有效锚固多根直径8 mm的CFRP筋,夹片与黏结组装件间抗滑移性能良好;黏结材料厚度为2 mm、金属筒长度为400 mm、金属筒厚度为3 mm时,锚具锚固性能较好,锚固效率系数达99.5%;金属筒受拉区最大拉应力出现在受拉区与夹持区临界处,较薄金属筒在该位置有拉断现象。     

CFRP拉索试验桥锚具的有限元分析

以国内首座CFRP索斜拉桥上使用并获得国家专利的直筒加内锥式锚具为研究对象,选取CFRP筋所受径向挤压应力作为主要研究参数,对其进行影响因素的分析,并提出相应的优化方案。研究表明:采用优化方案后,锚具的挤压应力在锚固长度范围内有所减少且分布更趋于均匀,锚固能力较原锚具也有所提高,说明优化方案是可行的。     

新型CFRP筋夹片式锚具理论与试验研究

提出CFRP筋夹片式锚具新的计算理论,并以此理论为依据设计一种新型CFRP筋夹片式锚具,它由锚杯、四片式夹片、涂砂铝套管或涂砂铜套管组成。在理论推导过程中,将夹片式锚具各组件在长度方向上分成多个等份,对其中各组件任意等份建立力学计算模型,并考虑各夹片间的独立性;通过静载试验对夹片式锚具的锚固性能进行测试,并分析比较锚杯拉应力的理论计算与试验实测结果。结果表明,该CFRP筋夹片式锚具计算理论能计算锚具各点的应力及横向位移,并能预测锚具极限承载力;此夹片式锚具适用于锚固高强CFRP筋,它的平均锚固效率系数达到94.9%,且性能稳定;锚杯拉应力的理论计算与试验实测结果较吻合。     

新型曲面CFRP板锚具力学性能研究

为解决传统CFRP板夹持式锚具中出现的张拉应力不足和螺栓预紧力难以控制的问题,根据其受力机理并以双曲面CFRP板锚具设计为基础,结合ANSYS有限元软件对比分析了不同尺寸的锚具性能,确定了最优的锚具尺寸并进行了相应的加工,然后对双曲面CFRP板锚具进行了静载试验。试验结果表明：内夹板厚度为5 mm时,挤压应力分布最均匀;外夹板厚度的最优范围为25～30 mm,弧度最优解为0.75～1.00 mm;当双曲面CFRP板锚具可以承受的最大张拉力为499.96 kN、最大锚固效率为104.16%、CFRP板的最小滑移量为1.93 mm时,锚具的锚固效果最佳。     

核电站安全壳锚固区局部应力研究

针对核电站安全壳大吨位钢索张拉的结构安全性,用三维有限元方法建立考虑锚具、网格钢筋以及孔道影响的精细分析计算模型,研究了锚固区混凝土的主应力分布状况以及传递机理;同时结合锚固区混凝土局部承压应力分布规律,为优化锚具结构和降低成本提供理论依据。研究结果表明,用网格筋代替螺旋筋可以提高试件开裂承载力并可以有效地控制劈裂裂缝的开展;张拉过程中锚具本身的应力低于材料的屈服应力;锚垫板下侧的拉裂破坏是可能导致核电站安全壳专用锚具在钢索张拉过程中损伤的主要破损类型。     

CFRP筋复合型锚具锚固性能研究

为解决碳纤维增强复合材料(CFRP)筋的锚固问题,研制了由粘结材料、金属筒、夹片和锚环组成的CFRP筋复合型锚具,并进行了夹片长度、金属筒长度、夹片夹持位置以及粘结材料对CFRP筋复合型锚具的锚固性能影响试验.结果表明:粘结材料、金属筒长度和夹片夹持位置均对锚固性能有较大影响;夹片的夹持位置应避免在金属筒两端,且宜使金属筒受压区长度小于受拉区长度;Lica-B型粘结材料锚固性能优于Lica-A型粘结材料;复合型锚具各组件协同工作性能良好,夹片与金属筒间无滑移产生;参数合理的该类复合型锚具可有效锚固直径为8 mm的CFRP筋.     

核电站安全壳锚固区局部应力研究

针对核电站安全壳大吨位钢索张拉的结构安全性,用三维有限元方法建立考虑锚具、网格钢筋以及孔道影响的精细分析计算模型,研究了锚固区混凝土的主应力分布状况以及传递机理,结合锚固区混凝土局部承压应力分布规律,为优化锚具结构和降低成本提供理论依据。研究结果表明,用网格筋代替螺旋筋可以提高试件开裂承载力并可以有效地控制劈裂裂缝的开展;张拉过程中锚具本身的应力低于材料的屈服应力;锚垫板下侧的拉裂破坏是可能导致核电站安全壳专用锚具在钢索张拉过程中损伤的主要破损类型。     

CFRP筋复合式锚具锚固性能的试验研究

当复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋或拉索应用到斜拉桥的拉索体系时,黏结式锚具和夹片式锚具均有其自身的局限性。对此,根据普通拉索锚固体系的特点,并结合CFRP筋夹片式锚具和黏结式锚具的研究成果,提出了锚固CFRP筋的复合式锚具。复合式锚具由楔紧锚固端和黏结锚固端组成,其中楔紧锚固端包括锚杯、带有凹齿的夹片、铝套管以及塑料薄膜,黏结锚固端包括钢套筒和黏结介质活性粉末混凝土RPC(Reactive Power Concrete)。静载试验研究了锚杯长度、钢套筒长度、夹片预紧力、筋材预张拉力等试验参数对复合式锚具锚固性能的影响。试验结果表明,复合式锚具的试件极限荷载最大为208kN,相应的锚固效率系数为104%,大于95%,满足规范要求。复合式锚具两种锚固形式的锚固长度较合理组合为:对不预张拉锚具,锚杯长度40mm,黏结锚固长度100mm;对预张拉锚具,锚杯长度60mm,黏结锚固长度60mm。提出的复合式锚具极限荷载计算式具有较好的适用性。     

碳纤维筋夹片式锚具锚固性能的试验研究

通过改变传统夹片锚具的外形与几何尺寸来解决碳纤维(CFRP)筋的锚固问题。通过静载试验详细研究了改进后CFRP筋专用夹片式锚具的不同几何参数对其锚固性能的影响,并通过50次周期荷载试验和200万次疲劳试验证明了这种锚具锚固CFRP筋的可行性。试验结果表明,改进后的夹片式锚具能够有效锚固试验中所采用的CFRP筋。     

软岩地基悬索桥重力式锚碇齿坎效应的试验研究与数值分析

 基于刚体计算模型,首先从理论上探讨座落在软岩地基上的悬索桥齿坎重力式锚碇的齿坎效应工作机制,得出如下结论：锚碇结构重心位置决定齿坎抗滑效应产生的方式和效果。其次,以赣州赣江大桥作为工程为例,通过现场模型试验分析不同应力水平下,锚碇各级齿坎的应力分布情况,进而研究齿坎的抗滑效应,并检验齿坎效应的上述理论成果。最后,利用FLAC3D对重力式锚碇的受力特性进行三维数值模拟,分别就有、无齿坎锚碇与软岩地基的共同作用情况,包括齿坎各接触面抗滑力分布情况进行计算分析,结果表明：齿坎的存在改变基底应力分布,减少锚碇的水平位移,大幅度地提高极限抗滑力,并最终改变锚碇破坏模式。研究表明,现场模型试验结果与数值计算分析结果是一致的。基于上述研究成果,讨论锚碇结构重心、齿坎高度、接触面以及地层参数等因素对锚碇结构齿坎效应的影响,并提出带齿坎的重力式锚碇结构的设计原则。     

锚固类结构杆体临界锚固长度问题综合研究

 锚固类结构杆体临界锚固长度是指一定岩土介质中锚固类结构杆体的极限锚固长度,超过此长度,其承载力将不再明显增加;未达此长度,其承载力尚有一定潜力可挖。数十年来,特别是近10 a来,国内以不同的方法,从不同的侧面对锚固类结构杆体临界锚固长度问题进行研究,取得若干成果。对其中较典型的研究成果作评述和再分析,着重指出：系统的研究仍较为缺乏,直接的研究较为少见,仍处于局部发现问题局部探讨解决的阶段;临界锚固长度现象是普遍存在的,对此问题的透彻研究,将对现行国内外基于平均剪应力概念和方法的设计理论提出严重质疑和挑战,并最终将导致锚固类结构传统设计理念的根本性变化;临界锚固长度现象的发现,国外早于我国10多年时间,但作为专用的具有明晰概念的名词“临界锚固长度”,目前尚无此称谓。     

新型压缩摩擦组合分散型锚索锚固机制及效应研究

 预应力锚固技术广泛应用于水利水电、交通运输及地下采矿等工程领域。由于常规压力集中型锚索具有前端应力集中、剪应力分布不均匀等现象,研究、设计新型压缩摩擦组合分散型锚索。在介绍该技术要点的基础上,通过室内张拉试验以及数值仿真模拟试验,对该种锚固技术的锚固机制及效应进行系统地研究。结果表明,新型压缩摩擦组合分散型锚索内锚头应力集中量值较小,注浆体轴向压应力及剪应力叠加不明显,应力分布较为均匀,可有效克服现有压力集中型锚索所存在的缺陷,达到改善内锚头应力、提高锚固可靠性要求。在总张拉力确定的情况下,利用所设计的新型压缩摩擦组合分散型锚索技术可实现总张拉力要求,达到锚固岩体的目的。研究结果可为岩土体锚固系统设置提供一定的借鉴及参考。     

应力波法锚杆加固无损检测的数值模拟分析研究

应力波法锚杆加固无损检测是一种快速、有效的无损检测方法。将锚固体中锚杆和砂浆近似看作各向同性体，应用复合材料的观点，建立砂浆锚杆在力学和物理上等效的一维匀质杆件模型，并确定了等效的工程常数。在一维杆纵向波动理论的基础上给出应力波在锚固体中传播的控制方程，对锚固体缺陷进行数值模拟，通过对控制方程的系数调整，模拟分析了不同缺陷的锚固体在冲击荷载作用下的动力响应。通过实际工程中模型锚杆的实测波形和数值模拟动测曲线进行比较分析表明，采用所建模型的理论分析结果能较好地反映实际锚杆瞬态纵向动力作用特征，激振力函数、等效参数、对锚杆纵向振动特征的模拟是有效的，对提高检测结果的准确性有较重要的意义。     

压力型锚索锚固段应力分布及影响参数分析

采用理想弹塑性载荷传递函数关系,根据压力型锚索锚固段的受力平衡,利用锚固体、锚索和注浆体之间共同作用的位移模式,导出压力型锚索锚固段的剪应力和轴向力的分布函数。在此基础上讨论不同参数锚固段应力分布的影响。通过分析得出:(1)外部施加的预应力越大,在锚固体受力容许范围之内,其锚固效果越好;(2)通过对综合参数EA的分析得出,此参数是锚固体的力学参数和结构参数的综合,从物理意义上增加锚固段的有效直径或提高锚固段的弹性模量均可改善其锚固效果。所得结果为压力型锚索的设计和计算提供一种理论参考。     

锦屏左岸拱肩槽边坡稳定性及预应力锚索加固措施研究

应用大型分析系统软件FINAL,采用特有的接触界面单元模拟潜在滑动面和特殊的锚索单元模拟预应力锚索,对锦屏一级水电站左岸拱肩槽边坡潜在不稳定块体进行稳定性分析和加固措施研究。高边坡开挖、预应力锚索加固施工过程的数值仿真分析结果表明,采用界面单元、锚索单元,充分考虑了岩体中的不连续结构面以及预应力锚索的预应力和刚度对岩质高边坡稳定性和应力场、位移场的重要影响,较好地反映出预应力锚索在各种工况下的工作性态及加固机制,对工程中岩质高边坡的稳定性分析、加固设计有较好的借鉴和指导作用。     

种植钢筋粘结应力与粘结强度试验研究

种植钢筋技术是钢筋混凝土结构加固改造有效的钢筋锚固技术,基于植筋试件拉拔试验。对植筋粘结应力和平均粘结强度及其影响因素进行研究,并采用二次指数函数分析了锚筋轴力及粘结应力的空间分布。     

预应力锚索锚固段应力分布影响因素分析

采用有限元法,研究预应力锚索锚固段应力分布的影响因素。讨论荷载作用下预应力锚索锚固段应力分布规律,分析荷载大小、被加固岩土体性质、锚固段长度、锚固体直径等因素对预应力锚索锚固段应力分布规律的影响。分析表明,预应力锚索锚固段应力分布非常不均匀;岩石越坚硬,锚固段应力分布越集中,岩石越松软,应力分布越均匀;锚固长度达到一定数值时,再增加锚固长度,只能导致锚索材料的浪费,而对承载能力的提高帮助不大;锚固体的直径越小,锚固段应力分布的峰值越大,应力分布越不均匀,锚固体的直径越大,应力的峰值越小,应力分布越均匀;锚固较硬的岩体,宜选用直径较粗锚固长度较短的锚索,而锚固较软的岩土体,宜选用直径较细锚固长度较大的锚索。     

一种特殊锚固结构抗动载性能研究

本文采用LS—DYNA有限元软件,对分别采用一般锚固结构和特殊类型复合锚固结构加固支护的洞室在爆炸荷载作用下的性能进行了数值模拟。文中着重分析了在爆炸条件下应力波传播及爆坑形成过程、爆炸近区围岩中的压力波和复合锚固结构构造措施区断裂缝形成过程,同时与试验结果进行了比较,并对其作用机理进行了分析。结果表明：两个模型的计算爆坑大小与试验结果基本吻合;新型复合锚固构造措施段使得锚固区外的弱化区介质内出现了局部自由面,当爆炸应力波经过自由面时所产生反射拉伸波导致该处裂缝产生;复合锚冈结构洞室拱顶垂直向振动加速度峰值比单一锚固结构洞室的约约小23．7％;单一锚固结构洞室比复合锚固结构洞室更容易出现结构性的冲切破坏和拉伸剥落破坏。