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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

卓静  
【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


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