预应力FRP筋锚具系统的设计及数值分析研究

论文摘要

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)以其轻质,高强和高耐久性成为土木行业一种新型的结构材料,国内外都在开展其代替钢材的应用研究。本文针对新型CFRP筋的锚固问题开发设计了一种适合于高强CFRP预应力筋的夹片式锚具,并对其工作性能和影响锚固效果的主要因素进行了数值分析。本论文的主要工作内容包括:总结论述了CFRP筋及其锚具系统的特点及国内外的研究现状;选取夹片—套管型锚具作为研究对象,进行了锚具夹持CFRP筋过程的理论分析和锚环的强度校核;初步设计了一种高强CFRP筋夹片—套管型锚具的基准模型,借助有限元数值分析技术,对组成锚具系统的基本参数进行了合理的简化,模拟锚具夹持CFRP筋的过程,主要研究了CFRP筋锚具系统在不同铜套管厚度、不同摩擦系数、不同塞紧压力、不同锚具长度和角度情况下锚具的基本力学性能;分析表明:为保证CFRP筋不出现滑移,软金属管和CFRP筋间的摩阻角应大于锚环锥角和夹片与锚环之间的摩阻角之和;锚环的强度须满足锚环截面上的平均环向拉应力和锚环锥孔上的平均压应力之差小于锚具材料的屈服强度;当锥角在1.79°～2.19°之间变化时,锥角越大,CFRP筋所受接触压力越小,同时锚具的锚固能力也随之降低;锥角差过大,会减小锚具的有效锚固长度,且CFRP筋上的接触压应力峰值也随之增加,锥角差过小CFRP筋在夹片小端则可能会出现“切口效应”;锚具长度越长,对CFRP筋的受力越有利;合适的铜套管厚度有利于CFRP筋的受力;预紧力的大小与CFRP筋的滑移量有关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 绪论
• 0.1 引言
• 0.1.1 课题研究背景及意义
• 0.1.2 本文研究的内容和方法
• 0.2 FRP 筋材料简介
• 0.2.1 生产FRP 筋的纤维
• 0.2.2 生产FRP 筋的树脂基体
• 0.2.3 FRP 筋的挤压成型
• 0.3 FRP 筋的分类、特点及性能比较
• 0.3.1 FRP 筋的分类
• 0.3.2 FRP 筋的特点
• 0.3.3 FRP 筋的力学性能比较
• 0.4 CFRP 筋在预应力混凝土结构中的应用
• 0.4.1 CFRP 筋工程应用中存在的一些问题
• 0.4.2 CFRP 筋在预应力混凝土结构中的施工技术
• 0.4.3 FRP 筋材的开发
• 0.5 FRP 筋锚具的种类、水平及发展趋势
• 0.5.1 机械夹持式锚具（Mechanical gripping anchors）
• 0.5.2 粘结型锚具（Bond-type anchors）
• 0.5.3 组合式锚具
• 0.5.4 其他锚具
• 0.6 CFRP 筋及其锚固体系的研究和应用现状
• 0.6.1 国外的研究和应用现状
• 0.6.2 国内的研究和应用现状
• 第一章 FRP 筋夹片—套管型锚具的理论分析
• 1.1 本文选择夹片—套管型锚具为研究对象的原因
• 1.1.1 其他锚具与夹片—套管型锚具的比较
• 1.1.2 软金属套管
• 1.1.3 “切口效应”的解决
• 1.2 夹片—套管型锚具的主要失效模式
• 1.3 设计预应力FRP 筋锚具系统的要求
• 1.3.1 静载锚固性能
• 1.3.2 预应力施加在FRP 筋上时对锚具的要求
• 1.3.3 疲劳性能和周期荷载性能
• 1.3.4 耐久性能、抗松弛性能及其他性能
• 1.4 CFRP 筋夹片—套管型锚具的受力分析
• 1.4.1 预紧时锚具的受力分析
• 1.4.2 预紧卸载后锚具的受力分析
• 1.4.3 锚固时受力分析
• 1.4.4 受力分析结论
• 1.5 单孔夹片式锚具的强度校核
• 1.6 本章小结
• 第二章 CFRP 筋夹片—套管型锚具的有限元分析
• 2.1 有限元简介
• 2.2 单孔CFRP 筋夹片—套管型锚具的有限元模型建立
• 2.2.1 有限元基准模型中锚具几何尺寸的取值
• 2.2.2 夹片式锚具有限元分析的难点
• 2.2.3 有限元模型的合理简化
• 2.2.4 有限元模型中采用的单元
• 2.2.5 有限元模型的建立及网格划分
• 2.3 数值计算结果分析
• 2.3.1 锚具锥角
• 2.3.2 夹片与锚环之间的锥角差
• 2.3.3 铜套管厚度
• 2.3.4 预紧力
• 2.3.5 锚具长度
• 2.3.6 摩擦系数
• 2.3.7 锚环外径
• 2.4 本章小结
• 第三章 CFRP 筋夹片—套管型锚具的设计
• 3.1 设计思路
• 3.2 设计方案
• 3.3 设计方案锚具的强度校核
• 3.3.1 高强Ф10mm CFRP 筋锚具的强度校核
• 3.3.2 高强Ф8mm CFRP 筋锚具的强度校核
• 3.4 影响CFRP 筋夹片—套管型锚具锚固性能的生产因素
• 3.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要