桥梁CFRP缆索外包陶瓷纤维的防火性能研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)轻质高强,性能优异,但其耐高温性能差.对桥梁CFRP缆索外包30 mm厚陶瓷纤维(CF)防火层的防火性能进行了模型试验研究,使用有限元软件建立了相应的数值分析模型.利用数值模拟对热释放率分别为100和300 MW两种桥面火灾作用下外包不同CF厚度的CFRP缆索内部的升温过程进行计算,获得了各工况对应的缆索临界安全耐火时长,并建立了CFRP缆索CF防火层厚度—临界安全耐火时长关系模型.研究结果表明,桥面火灾作用下,对CFRP缆索外包CF防火层可大幅提高缆索的临界安全耐火时长. CF厚度与缆索临界安全耐火时长基本上呈线性关系.在热释放率为100和300 MW的车辆火灾持续作用下,当CF防火层为70 mm时,防火层-CFRP缆索界面温度达到250℃所需的临界安全耐火时长分别为49和43 min.

预应力CFRP板平板锚具承载力评估理论与试验研究

为揭示CFRP板平板锚具的锚固机理,建立了该锚具的承载力理论模型,并利用该模型预测CFRP板平板锚具的临界锚固长度.通过试验获得了模型所需的锚固界面剪应力与压应力的关系式.该模型研究了锚固区界面剪应力的纵向折减及横向压应力分布的不均匀性,并通过试验测得了界面剪应力的纵向折减系数.利用上述模型就平板锚具设计参数对锚固性能的影响进行了分析.结果表明,界面剪应力折减率随着锚固长度的增大而增大,横向压应力分布的不均匀性随着锚固宽度的增大而增大,增大界面压应力和夹板厚度能有效提高横向压应力分布的均匀度;临界锚固长度随夹板厚度的增大而减小,且当夹板达到合适厚度后继续增大,对临界锚固长度的影响逐渐变小;随着界面压应力的增大,界面剪应力增大,临界锚固长度减小;对于工程常用CFRP板尺寸100 mm×2.0 mm,当界面压应力取100 MPa,平板锚具夹板厚度取32 mm时,所需的临界锚固长度为296 mm,对应的锚具设计承载力为480 kN,理论上能使CFRP板抗拉强度获充分发挥.

CFRP筋黏结型锚具承载力评估试验与理论研究

为探究土木工程中碳纤维增强复合材料(CFRP)筋黏结型锚具的内部力学行为,实现黏结型锚具的优化设计,建立了黏结型锚具承载力预测模型,给出了临界锚固长度计算方法,并通过CFRP筋-锚具拔出试验获得了锚固区筋-黏结介质界面残余黏结力与界面径向压应力的关系式。针对CFRP筋直径和锚固界面径向压应力对锚具计算承载力和临界锚固长度的影响进行了评估。研究结果表明:当黏结界面径向压应力在0~160 MPa范围内时,拔出试验最大拔出拉力、界面最大黏结力及界面残余黏结力随着界面径向压应力增加总体呈线性增加,其中,残余黏结力可达20. 5 MPa。锚具计算承载力随CFRP筋直径或径向压应力增加而呈线性增加,而临界锚固长度随径向压应力增加逐渐减小。对于10mm直径微压纹表面形式CFRP筋黏结型锚具,当界面径向压应力为150 MPa,锚固安全系数为1. 5时,其临界锚固长度为427 mm。