预应力FRP锚具理论.docx

Novelprestressedmaterialsandsystems
Name：张磊Studentid：161022
本文针对传统预应力材料易受腐蚀、传统锚固的瓶颈等问题，提出了一种新型纤维增强复合材料.结合其特有的物理性能及施工工艺等特点，传统预应力FRP筋混凝土结构的锚固形式与预应力钢筋的锚固形式一样，但大吨位预应力筋不能采用传统锚固方式对其进行锚固。因此，FRP筋索锚固设计思路：提高锚固效率和减少应力集中两方面，从而提高锚固的稳定性，针对既有的传统锚固的瓶颈，同时考虑合理的受力形式，开发研究出了整体锚固型锚固方法.

1Introduction
随着社会的发展，传统的工艺已不能满足建筑结构需求；预应力技术在传统的建筑结构中脱颖而出。目前，预应力材料大多数是高强钢丝、钢绞线等，在各种复杂环境中，易被腐蚀。尽管现今采取了多道防护措施：提高钢材的防腐性能，如不锈钢筋；采用新型涂层钢筋，如如镀锌钢筋、镀铝钢筋，环氧图层钢筋等；利用电极防腐等，但不可避免的有些部位存在着易受腐蚀的薄弱环节。又由于预应力筋一直处于高应力工作状态，更加剧了其对腐蚀的敏感性。在此背景下，纤维增强复合材料（FRP）的出现为各类工程结构的再一次飞越带来了新的动力和支撑。
2Novelprestressedmaterials
FRP筋作为一种新型复合材料，其物理性能及施工工艺与传统钢筋不同，FRP筋具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、减震性能好等优异性能[1]对预应力FRP筋混凝土结构的力学性能有利。重量轻保证其运输和施工方便；强度高保证其在使用不会达到极限状态，使结构有较高的安全储备；耐腐蚀和疲劳性能优越又恰好让其应用于外界环境相对恶劣的工程中。传统预应力FRP筋混凝土结构的锚固形式与预应力钢筋的锚固形式一样，但大吨位预应力筋不能采用传统锚固方式对其进行锚固。
FRP筋由大量单根纤维与树脂胶合而成，材料性能表现为各向异性，轴向性能优异，而横向抗压强度和抗剪强度较低，径向力造成FRP筋锚固区的强度下降，致使大吨位预应力筋不能采用传统锚固方式对其进行锚固[2]。因此，FRP筋索锚固设计思路：提高锚固效率和减少应力集中两方面，从而提高锚固的稳定性[3]。
3Novelprestressedanchoragesystems整体锚固系统
针对既有的传统小吨位锚固的瓶颈，同时考虑合理的受力形式，开发研究出了整体锚固型锚固方法[4]，其受力原理是通过使荷载传递材料弹性模量发生梯度变化，减少锚固区受荷始端处FRP预应力拉索径向压应力的峰值，减缓应力集中程度，进而避免FRP预应力拉索锚固的“切口效应”。
为了实现多根、大吨位FRP预应力的整体锚固，各国研究组织开展了研究，其中有代表性的整体锚固方法有：瑞士联邦材料测试与研究实验室（EMPA）提出的变刚度整体锚固法与中国东南大学玄武岩纤维生产及应用技术国家地方联合工程研究中心提出的同源变刚度整体锚固法。同时，中铁大桥局提出了一种变倾角整体锚固方法，通过拉索锚具的变倾角设计避免了FRP拉索锚固端的应力集中，也是一种有效的大吨位FRP拉索锚固方法。
下面详细介绍一下EMPA实验室和东南大学提出的整体锚固方法。
3.1EMPA实验室——变刚度整体锚固系统
EMPA实验室提出的变刚度整体锚固方法，以氧化铝陶瓷颗粒物为荷载传递介质。沿拉索的锚固方向依次涂覆厚度环氧树脂、薄层环氧树脂、不涂覆树脂，分别形成低、中、高弹性模量荷载传递介质。最后采用环氧树脂以真空辅助成型的方法填充并固化成型。该锚具的锚固效率达到了92%，并在循环荷载下表现出了很好的疲劳性能。如图1所示

EMPA实验室FRP拉索整体锚固方法
3.2中国东南大学玄武岩纤维生产及应用技术国家地方联合工程研究中心——同源变刚度整体锚固系统
为了避免锚固体系中FRP拉索与荷载传递介质之间的界面效应，解决大吨位拉索的锚固问题。本中心提出了两种锚固方法[5]：一种是同源变刚度整体锚固系统；另一种是应力降低型整体锚固系统。
3.2.1同源变刚度整体锚固系统
同源变刚度整体锚固系统，通过在锚固区不同部位变换角度缠绕预浸胶纤维粗纱，实现荷载传递材料径向弹性模量的梯度变化，利用整体模压成型工艺对FRP拉索进行整体固化，减小了荷载传递材料——拉索界面剪应力，保证荷载传递材料——拉索界面不会因为抗剪强度不足而使拉索从锚具中滑脱。如图2所示

FRP拉索整体同源变刚度锚固方法

3.2.2应力降低型整体锚固系统
应力降低型整体锚固系统，将FRP拉索与保护层模压成整体，在增大FRP拉索与保护层界面的剪切强度的同时，避免横向强度较弱的FRP拉索在锚固区直接与刚度很大的荷载传递介质接触，形成一个受力缓冲层，起到间接保护FRP拉索的作用。如图3所示

FRP拉索应力降低型整体锚固

虽然FRP的出现