【摘 要】
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碳纤维增强复合材料杆（Carbon Fiber Reinforced polymer rod,CFRP rod）相较于钢筋具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变性能好的优势,由其制备的索体可替代钢索用于预应力混凝土和桥梁索锚结构中。CFRP材料属于各向异性,沿纤维方向具有较高的拉伸强度,但垂直于纤维方向其抗剪及抗压强度较低,导致其锚固方法成为CFRP材料广泛应用的技术难题,因此开发适用于CFRP索体
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碳纤维增强复合材料杆（Carbon Fiber Reinforced polymer rod,CFRP rod）相较于钢筋具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变性能好的优势,由其制备的索体可替代钢索用于预应力混凝土和桥梁索锚结构中。CFRP材料属于各向异性,沿纤维方向具有较高的拉伸强度,但垂直于纤维方向其抗剪及抗压强度较低,导致其锚固方法成为CFRP材料广泛应用的技术难题,因此开发适用于CFRP索体的新型锚固体系,对推进工程结构应用具有重要意义。本文首先对使用现有的多锥形锚固方法锚固37根CFRP杆的锚固体系进行试验研究,发现荷载端应力集中、杆-胶黏材料界面脱粘是导致锚具效率低的主要原因,通过有限元方法对锚固体系的应力集中问题进行优化设计、通过拔出试验研究CFRP杆-胶黏材料界面粘结性能,确定锚固用胶黏剂体系。本文主要研究内容及成果如下:（1）多锥形CFRP平行索锚固体系研究:对已有的多锥形碳纤维拉索锚固体系进行静载试验,研究其拉伸力学性能,发现应力集中、脱粘、应力不均匀现象会大大降低锚固承载力,通过提高制索精度,锚固效率从70%上升至90%,但仍存在应力集中严重、胶黏材料破坏的问题。（2）CFRP拉索有限元模拟及锚固体系参数分析与优化:采用ABAQUS软件,建立基于面的粘结行为的精细化有限元模型,模拟CFRP拉索在静载拉伸下的力学行为,与试验结果相互印证证明模型的可靠性;对锚固体系进行参数化分析,确定应力集中现象发生的原因,对曲锥型锚杯形式进行模拟分析,发现其应力分布特点能够很好的避免产生应力集中现象,在此基础上,提出曲锥型粘结锚固体系的设计理念与方法。（3）CFRP杆锚固用胶黏剂体系:进行了两类胶黏剂体系锚固CFRP杆的拔出试验,每类胶黏剂体系根据填料不同细分为五种胶黏材料,试验结果表明高韧性Tc胶比低韧性Ts胶更适用于CFRP杆体锚固,高韧性Tc胶黏剂体系粘结承载力比低韧性Ts胶黏剂体系高约40%,发现界面粘结强度和断裂韧性对锚固承载力有较大影响,Tc与金属铁粉混合而成的胶黏材料更适用于锚固CFRP杆。
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