体外预应力纤维片材锚固受力机理及其应用研究

论文摘要

FRP片材具有高强、轻质、不锈蚀等优良特性,是现代混凝土结构中高强钢筋的理想替代品;同时,借助体外预应力技术优势,既可充分发挥FRP片材的高强性能,又可以避开预应力FRP片材与混凝土界面粘贴剥离等问题。因此,研究FRP片材锚固机理及其应用是实现体外预应力技术FRP片材应用的关键技术。本文针对FRP片材锚固性能特点,结合钢绞线楔形夹片式锚具锚固原理,在理论分析及试验研究的基础上,提出了楔形变波纹夹片式体外预应力FRP片材专用锚具;同时,结合混凝土薄壁箱梁特点,进行了体外预应力FRP片材在混凝土薄壁简支箱梁中的应用实例分析。主要研究成果如下:(1)针对FRP片材锚固性能特点,结合钢绞线楔形夹片式锚具锚固原理,提出了体外预应力FRP片材楔形变波纹夹片式锚固机理;(2)进行了楔形变波纹夹片式FRP片材专用锚具关键参数分析,主要包括:变波纹齿形、锚固长度、切口效应、锚固效率等;理论推导了FRP片材锚固长度计算公式;通过引入角度差、软化区概念,解决了FRP片材夹片切口效应;对楔形变波纹夹片式锚具进行了优化设计。(3)设计并研制的楔形变波纹夹片式锚具,主要由压力盖、外锚壳、变波纹夹片、及高强螺栓等装置组成。(4)进行了楔形变波纹夹片式体外预应力FRP片材专用锚具静载性能试验研究,通过试验研究,证实了楔形变波纹夹片式锚具的锚固夹持能力。(5)针对FRP片材体外预应力技术,提出了体外锚固张拉FRP片材的技术措施,并针对不同截面形状的混凝土构件,确定了体外预应力FRP片材的锚固区及转向块构造措施。(6)结合混凝土薄壁箱梁特点,进行了体外预应力FRP片材在混凝土薄壁简支箱梁中的应用实例分析,进一步探讨了FRP片材的张拉控制措施及锚固区、转向块构造措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 CFRP在土木工程中的应用
• 1.2.1 CFRP对既有结构加固的研究与应用
• 1.2.2 CFRP增强材料在新建结构中的研究与应用
• 1.2.3 应用过程中的技术难题
• 1.3 国内外锚具研究的现状
• 1.3.1 国内锚具研究状况
• 1.3.2 国外对CFRP片材锚具的研究
• 1.3.3 CFRP片材锚固技术的不足
• 1.4 课题的提出及本课题的研究意义
• 1.5 研究路线
• 第2章 体外预应力纤维片材锚固机理
• 2.1 预应力锚固体系简介
• 2.1.1 预应力锚固体系的分类及工作原理
• 2.1.2 预应力锚固体系锚具性能要求
• 2.2 钢绞线夹片式锚固体系的设计原理和基本构造
• 2.2.1 锚固单元的工作机理
• 2.2.2 锚固单元的力学性能分析
• 2.3 FRP片材锚固体系的瓶颈
• 2.4 FRP片材楔形变波纹夹片式锚具设计
• 2.4.1 FRP片材楔形变波纹夹片式锚具的结构
• 2.4.2 楔形变波纹夹片式锚具的工作原理及力学模型
• 2.4.3 影响FRP片材锚固长度的因素
• 2.4.4 FRP片材在锚具夹持段内“切口效应”的解决
• 2.4.5 FRP片材在锚具夹持段内受拉应力分析
• 2.5 FRP楔形变波纹夹片锚具波纹齿形分析
• 2.5.1 力学模型
• 2.5.2 量纲分析
• 2.5.3 外压力和压头位移的关系
• 2.6 FRP片材锚固效率分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 楔形变波纹夹片式锚具试验研究
• 3.1 概述
• 3.2 静载试验
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试验设备
• 3.2.3 试验试件
• 3.2.4 试验测试内容
• 3.2.5 试验加载方案
• 3.3 楔形变波纹夹片式锚具试验结果分析
• 3.3.1 预紧力对极限拉力的影响
• 3.3.2 预紧力对滑移的影响
• 3.3.3 各级荷载下的夹片、CFRP板的滑移情况分析
• 3.3.4 夹片、CFRP板的相对滑移情况分析
• 3.3.5 外锚壳在各级荷载作用下的应变变化分析
• 3.3.6 楔形变波纹夹片式锚具的典型破坏形式
• 3.4 本章小结
• 第4章 体外预应力纤维片材锚具的工程应用
• 4.1 概述
• 4.2 锚具张拉实施方式
• 4.3 体外预应力FRP片材的转向装置
• 4.3.1 体外预应力转向块功能、分类及设计原则
• 4.3.2 FRP片材体外预应力转向块的构造
• 4.4 预应力构件锚固区构造处理
• 4.5 CFRP板体外预应力混凝土薄壁简支箱梁应用实例
• 4.5.1 概述
• 4.5.2 设计概况
• 4.5.3 体外预应力设计参数
• 4.5.4 箱梁截面特性分析
• 4.5.5 体外预应力CFRP板的作用分析
• 4.5.6 CFRP板体外预应力损失与体外预应力增量分析
• 4.5.7 开裂弯矩计算分析
• 4.5.8 正截面抗弯承载力分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录及专利成果）
• 附录B（攻读学位期间参与的科研课题及技术服务项目）