预应力FRP筋锚具系统的设计及数值分析研究.doc

预应力FRP筋锚具系统的设计及数值分析研究碳纤维增强复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer,简称CFRP)以其轻质,高强和高耐久性成为土木行业一种新型的结构材料,国内外都在开展其代替钢材的应用研究。本文针对新型CFRP筋的锚固问题开发设计了一种适合于高强CFRP预应力筋的夹片式锚具,并对其工作性能和影响锚固效果的主要因素进行了数值分析。本论文的主要工作内容包括:总结论述了CFRP筋及其锚具系统的特点及国内外的研究现状;选取夹片—套管型锚具作为研究对象,进行了锚具夹持CFRP筋过程的理论分析和锚环的强度校核;初步设计了一种高强CFRP筋夹片—套管型锚具的基准模型,借助有限元数值分析技术,对组成锚具系统的基本参数进行了合理的简化,模拟锚具夹持CFRP筋的过程,主要研究了CFRP筋锚具系统在不同铜套管厚度、不同摩擦系数、不同塞紧压力、不同锚具长度和角度情况下锚具的基本力学性能;分析表明:为保证CFRP筋不出现滑移,软金属管和CFRP筋间的摩阻角应大于锚环锥角和夹片与锚环之间的摩阻角之和;锚环的强度须满足锚环截面上的平均环向拉应力和锚环锥孔上的平均压应力之差小于锚具材料的屈服强度;当锥角在1.79°～2.19°之间变化时,锥角越大,CFRP筋所受接触压力越小,同时锚具的锚固能力也随之降低;锥角差过大,会减小锚具的有效锚固长度,且CFRP筋上的接触压应力峰值也随之增加,锥角差过小CFRP筋在夹片小端则可能会出现“切口效应”;锚具长度越长,对CFRP筋的受力越有利;合适的铜套管厚度有利于CFRP筋的受力;预紧力的大小与CFRP筋的滑移量有关。