碳纤维绞线粘结式锚具的静力试验研究

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碳纤维绞线作为碳纤维增强复合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋的一种,具有高强、轻质、耐疲劳、耐腐蚀等诸多优点,相较于CFRP棒材,碳纤维绞线的抗弯刚度小、不易脆断,工艺性能更好,有望在未来土木工程领域中替代传统钢材。然而碳纤维绞线的横向抗剪强度远低于抗拉强度,锚固问题制约了其在土木工程中的广泛应用。目前有关CFRP筋的锚具研究大多集中于棒材,对于碳纤维绞线的锚具研究较少。因此,针对碳纤维绞线进行锚具研发,具有重要的实用价值和理论意义。本文结合国家自然科学基金资助项目,对碳纤维绞线的粘结式锚具进行了静力试验研究,主要研究内容及相关成果如下:(1)以活性粉末混凝土RPC作为粘结式锚具的粘结介质,通过静力拉拔试验研究了碳纤维绞线在RPC中的锚固性能。试验参数包括锚固长度、绞线锚固形式(整束锚固、分散锚固、分散再合并锚固)及锚固形式相关的绞线形状参数。试验结果表明,碳纤维绞线的锚固形式对锚固性能影响显著,分散锚固和分散再合并锚固两种形式具有更高的锚固效率,约为整束锚固的2.33倍,且分散再合并锚固形式具有更好的综合性能。(2)碳纤维绞线锚固形式相关的绞线形状参数对其破坏形态具有直接影响,当分散锚固形式的绞线边丝张开角大于5°时或分散再合并锚固形式的绞线边丝起拱角大于7°时,绞线会发生承载能力较低的折断破坏;因此,绞线边丝的张开角或起拱角宜分别为3-5°和3-7°。(3)基于试验结果,建立了碳纤维绞线三种锚固形式的平均粘结强度计算公式和临界锚固长度计算公式,与试验结果吻合良好,具有一定实用价值,可供碳纤维绞线粘结式锚具设计时参考。(4)采用有限元软件ANSYS建立实体模型对锚具受力进行模拟分析,模型考虑了碳纤维绞线与RPC之间的粘结滑移,计算结果与试验结果较为吻合,验证了数值模型的有效性。
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