论文题目: 高强度复合材料FRP片材波形齿夹具锚锚固系统及应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 卓静
导师: 李唐宁
关键词: 片材,波形齿夹具锚,锚具,加固,预应力
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 高强度FRP 复合材料具有强度高、重量轻、抗疲劳、耐腐蚀等优良特性,是用于制作预应力筋或拉索以及用于结构加固补强的理想材料。然而该材料不同于钢材,FRP 材料抗剪性能较差,抗挤压刚度不足,使得高强度FRP 复合材料预应力筋或拉索的锚固问题变得异常困难。综观国内外现有的针对FRP 棒材开发的锚具,尽管种类很多,但都存在着这样或那样的问题,难于在实际工程中大量推广应用。此外,在运用碳纤维布进行抗弯和抗剪加固时,碳纤维布容易发生剥离破坏,其强度也得不到较充分利用。另外,预应力FRP 技术向来是加固技术中的重点和难点,其原因在于还没有开发出一种适用于FRP 片材的夹具和锚具,而这又是预应力加固技术中最关键的环节。因此,夹持和锚固技术是高强度FRP 材料能否广泛应用的关键,也是必须解决的技术难题。为了解决上述问题,经过长期的尝试和大量的试验,笔者创造性地开发出了一种基于高强度复合材料片材的波形齿夹具锚(专利号ZL02244587.0)。FRP 片材是目前高强度复合材料在工程领域使用最广泛、应用量最大的材料类型,因而针对FRP 片材的锚具就具有坚实的应用基础。本文以波形齿夹具锚为核心,对高强度复合材料FRP 片材波形齿夹具锚锚固系统进行了初步的理论研究和试验,并探索了波形齿夹具锚在碳纤维布加固技术和预应力技术中的应用。通过对波形齿夹具锚受力机理的力学分析,初步弄清了波形齿夹具锚夹持和锚固FRP 片材的力学机理。波形齿夹具锚夹持和锚固FRP 片材主要通过三种方式产生作用,即粘结效应、摩擦效应及弯曲效应;本文导出了FRP 片材的传递长度计算公式和锚固长度计算公式,以及在波形齿夹具锚中FRP 片材的锚固判别准则。本文也讨论了波形齿夹具锚夹持和锚固FRP 片材的影响因素,指出了对波形齿夹具锚进行优化设计的必要性。本文还对FRP 片材应用于拉索或力筋时的张拉强度做了较深入的分析,并考虑多种因素的影响,得到了张拉强度的计算公式。作者尝试探讨了FRP 片材用来制造大吨位拉索或力筋的可行性。为了检验波形齿夹具锚夹持和锚固FRP 片材的性能,特别设计了由不同的波形齿夹具锚组成的张拉构件,并进行拉拔试验。试验结果基本证实了锚固长度计算公式的正确性,表明波形齿夹具锚具有良好的夹持和锚固FRP 片材的性能,能够充分发挥出FRP 片材的极限强度。为了解决碳纤维布加固技术中的剥离问题,本文提出了采用波形齿夹具锚锚固FRP 加固技术,并特别设计了14 根钢筋混凝土梁进行了加固试验。试验结果表明,对抗弯加固的碳纤维布两端都采用波形齿夹具锚进行锚固的加固梁,碳纤维
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 概述
1.1.1 先进复合材料FRP 的特性
1.1.2 FRP 材料在土木工程中研究和应用综述
1.2 高强度FRP 材料的锚具研究现状
1.2.1 概述
1.2.2 FRP 筋的锚具分类
1.2.3 国内外几种典型的锚具介绍
1.2.4 FRP 筋锚具存在的问题和不足之处
1.3 FRP 加固补强技术应用的国内外现状
1.3.1 国内外研究现状
1.3.2 FRP 剥离机理和锚固措施
1.3.3 现有抗弯加固技术的不足之处
1.4 预拉碳纤维加固技术的难点
1.4.1 预应力碳纤维增强塑料的优势
1.4.2 预应力碳纤维技术的研究现状
1.4.3 预拉碳纤维布加固技术的“瓶颈”
1.5 本文研究的主要内容
1.5.1 本文研究的目的与创新
1.5.2 本文研究的主要内容
2 波形齿夹具锚锚固系统及其工作原理
2.1 引言
2.2 波形齿夹具锚的结构
2.3 波形齿夹具锚的工作原理及力学模型
2.3.1 粘结效应
2.3.2 紧压效应
2.3.3 弯曲效应
2.3.4 总效应
2.3.5 锚固判断准则
2.4 波形齿夹具锚的粘接技术基础
2.4.1 粘接的基础理论
2.4.2 形成粘接的机理
2.4.3 影响粘接的因素
2.4.4 表面处理
2.5 FRP 材料锚固长度l_(max) 的影响因素
2.6 锚固长度计算的统一理论
2.6.1 锚固长度简化计算的统一公式
2.6.2 各种力筋及其锚固方法对比
2.7 波形齿夹具锚锚固系统的特点及用途
2.7.1 波形齿夹具锚锚固系统
2.7.2 波形齿夹具锚锚固系统的特点
2.7.3 波形齿夹具锚的用途
2.8 FRP片材张拉强度的影响因素
2.8.1 概述
2.8.2 FRP 的材料强度
2.8.3 FRP 片材张拉强度的影响因素
2.8.4 提高FRP 片材的实际张拉强度的措施
2.8.5 FRP 片材制造大吨位拉索或力筋的可行性初探
2.9 小结
3 波形齿夹具锚的初步试验研究
3.1 引言
3.2 波形齿夹具锚的设计、加工与表面处理
3.2.1 波形齿夹具锚的材质
3.2.2 波形齿夹具锚锚固吨位的计算
3.2.3 波形齿夹具锚的加工和表面处理
3.3 CFRP 板材的制作与锚固
3.3.1 CFRP 板材的制作
3.3.2 CFRP 板材的定位、粘贴和锚固
3.4 张拉试验
3.4.1 试验方案
3.4.2 试验结果
3.4.3 结果分析
3.5 小结
4 用波形齿夹具锚锚固的碳纤维布加固钢筋混凝土梁的试验研究..
4.1 引言
4.2 试验方案
4.2.1 试件设计
4.2.2 试验仪表布置和加载方案
4.2.3 波形齿夹具锚的固定方法
4.2.4 碳纤维布的粘贴工艺
4.3 试验现象、结果及分析
4.3.1 试验现象及破坏特征
4.3.2 加固梁碳纤维布应变分布特征分析
4.3.3 试验结果
4.4 波形齿夹具锚抵抗碳纤维布剥离和滑移机理分析
4.4.1 粘结界面的应力传递机制和碳纤维布“有效粘结长度”的概念
4.4.2 U形箍对纵向碳纤维布锚固作用的简化模型
4.4.3 波形齿夹具锚对纵向碳纤维布锚固作用的简化模型
4.5 小结
5 体外锚固碳纤维布预应力加固新方法及试验研究
5.1 引言
5.2 体外锚固FRP片材预应力加固方法及原理
5.3 体外锚固碳纤维布预应力加固试验方案
5.3.1 试验构件简介
5.3.2 体外锚固碳纤维布预应力施加方法
5.3.3 试验仪表布置和加载方案
5.4 试验结果及分析
5.4.1 试验现象及破坏特征
5.4.2 碳纤维布应变分布特征分析
5.4.3 钢带应变分布特征分析
5.4.4 碳纤维布中预拉力的测试和计算初步探索
5.5 小结
6 结论与展望
6.1 本文的主要工作总结
6.2 后续研究工作的展望
创新点摘要
致谢
参考文献
附录
发布时间: 2005-11-07
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