CFRP筋复合型锚具疲劳性能试验研究

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CFRP筋凭借其优良的性能成为桥梁拉索潜在的替换材料,但是其横向抗剪能力限制了其大规模的使用。目前研究较多的锚具有粘结型、夹片型、复合型,粘结型锚具能较好的防止筋材横向剪切破坏,但体积过大限制其使用;夹片型锚具容易夹伤筋材,复合型锚具结合两者的优点,研究价值巨大。目前对复合型锚具的研究主要集中于静力性能的研究,对其疲劳性能的研究较少。本文是CFRP筋复合型锚具疲劳性能的试验研究。用石英砂、铁粉和铝粉末增强粘合剂进行对比,测试得石英砂增强粘合剂作为锚具的粘结材料效果最优。在系统滑移,套管应变,锚固区温升,残余拉伸载荷能力和刚度退化方面,分析了复合型锚具在循环荷载作用下的结构变化情况。结果表明,最大应力水平和应力比对复合型锚具的疲劳性能有显着影响。具有高应力比和低应力水平的循环加载能促进锚具各组件间的协同效应。然而,增大应力水平和降低应力比会使锚具产生更大的滑移、更大的损坏以及复合型锚具进入稳定状态需要更多次数的循环加载(增大应力水平和降低应力比会使锚具产生更大的滑移、更大的损坏,复合型锚具进入稳定状态亦需要更多的循环加载次数。当应力比超过0.4且最大应力小于0.5时,在循环加载的早期阶段,复合型锚具锚固区内部的损伤破坏已经开始并发展,但随着加载的进行,锚具的损伤逐渐趋于稳定。应力比的大幅下降可能导致微结构损伤的持续发展和锚具的最终失效,伴随着循环加载,锚具内部能量耗散不断扩大。复合型锚具中套筒的轴向应变受到损伤演变程度和锚具组件的协同效应的影响,导致了复合型锚具在不同应力比和应力水平下套筒应变-循环曲线的不同趋势。对于具有无限寿命的锚具,发现刚度与循环的三线性曲线,而在循环加载下观察到失效锚具的近似线性减小的刚度-循环曲线。通过有限元对复合型锚具的疲劳寿命进行预测,运用Abaqus进行锚具静力分析,基于静力应力分析结果结合FE-safe软件对锚具的疲劳寿命预测进行分析)进行锚具的疲劳寿命预测分析,并与锚具疲劳试验寿命结果进行对比,疲劳寿命相对而言较为吻合,为复合型锚具的优化设计及疲劳寿命预测提供依据。
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