湿/热条件下的CFRP筋粘结型锚具性能研究

为探索湿度和温度对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋粘结型锚具锚固性能的影响,对23℃干燥、23℃盐溶液及50℃盐溶液三种不同工况及不同浸泡时间下锚固系统的锚固性能进行了试验研究。制作四组共12个粘结型锚具试件,分析了不同环境条件下锚固系统吸水率、极限承载力、界面平均抗剪强度以及相对滑移的变化规律和界面损伤发展规律。在此基础上,建立了考虑湿度和温度影响的粘结型锚具极限承载力预测模型。分析结果表明,随着温度的升高或浸泡时间的延长,CFRP筋粘结型锚具极限承载力和界面平均抗剪强度均降低,锚固系统的延性和界面性能下降;温度对锚固系统损伤发展的影响较为显著;锚固系统在不同温度盐溶液中的吸水行为符合Fick第二定律;基于吸水规律提出的CFRP筋粘结型锚具极限承载力的预测模型与试验结果基本一致。

偏心受拉作用下预应力CFRP筋-型钢混凝土构件抗裂试验

为解决我国型钢混凝土桁架转换层拉杆及低层角柱在正常使用阶段易出现大面积拉裂缝的问题,以轻质高强、防腐的碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋为预应力筋,提出可有效控制裂缝的预应力CFRP筋-型钢混凝土结构体系,并对其偏心受拉作用下的抗裂性能进行系统研究。以预应力水平、偏心距、纵筋直径及型钢翼缘厚度为主要参数制作11个构件,通过自行研发的拉-压转换桁架实现偏拉加载。结果表明:引入CFRP筋后CFRP筋-型钢混凝土构件抗裂度大幅提升,相较于普通偏拉构件,预应力大偏拉构件开裂荷载提高了64.8%~102.3%,预应力小偏拉构件提高了61.7%~117%,其抗裂性能与预应力水平、纵筋直径和型钢翼缘厚度正相关,与偏心距负相关。参照组合结构设计规范,提出构件开裂阶段中和轴的三种位置分布,并推导出开裂荷载公式,与试验值比较吻合度较高,可为其他复合材料筋在预应力偏拉体系的应用提供参考。

冲击作用下CFRP筋粘结式锚固系统力学性能的试验研究

为明确纵向冲击作用下碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)筋粘结式锚固系统的力学性能,以锚固长度(50 mm、100 mm、150 mm、200 mm)为参数,对8组共计24个采用超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)作为粘结介质的CFRP压纹筋及其粘结式锚具组装件进行了静力拉拔和纵向冲击试验。试验结果表明:较短锚固长度(50 mm、100 mm和150 mm)下,静力和冲击试件均发生CFRP筋拔出的滑移破坏,但静力作用下试件的滑移破坏由筋材表面肋的剪切破坏导致,而冲击作用下试件的滑移破坏是CFRP筋材整体滑出所致。当锚固长度提高至200 mm时,静力试件发生CFRP筋拉伸爆裂破坏,而冲击试件仍发生滑移破坏。随着锚固长度由50 mm提高至100 mm和150 mm,锚固系统的静态平均粘结强度分别提高27.1%和47.5%,动态平均粘结强度分别提高27.4%和37.8%;当锚固长度增大至200 mm时,试件的动态平均粘结强度较锚固长度为50 mm试件增大48.3%。相比于静力拉伸试件,冲击作用会显著降低锚固系统的粘结强度,在应变率为1.62~2.03 s^(-1)时,动态平均粘结强度较相应的静态强度降低约53%。此外,建立了冲击作用下CFRP筋粘结式锚具动态平均粘结强度及临界锚固长度的实用计算公式。

碳纤维增强复合材料筋材应力松弛性能的试验研究

为合理确定湖北十淅高速丹江口水库特大桥地锚桥台预应力碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)筋材的松弛损失,对不同应力比下所用CFRP筋材的应力松弛效应进行了试验研究。基于黏结式锚具和机械压接式锚具锚固的CFRP筋材试件的轴向拉伸试验结果,明确了不同锚固形式对CFRP筋材破坏形态的影响及CFRP筋材的材料性能;基于CFRP筋材试件1 000 h的应力松弛试验,获得了不同应力水平下CFRP筋材应力松弛的发展规律。结果表明:黏结式锚具锚固的轴拉试件发生了理想的筋材拉断爆裂破坏,但应力松弛试件在试验过程中应变变化较大;机械压接式锚具锚固的轴拉试件提前发生了CFRP筋材的层裂剥离破坏,但应力松弛试件在试验过程中应变变化较小,满足GB/T 21839—2019中应力松弛试验的相关要求。随着初始应力比的提高,CFRP筋材的应力松弛越大,初始应力比分别为0.53、0.63和0.82的试件1 000 h的松弛率分别为1.06%、1.65%和2.31%;CFRP筋材应力松弛的发展收敛较快且随初始应力的增加而更快趋于稳定,初始应力比为0.53、0.63和0.82的试件24 h的应力松弛量分别为1 000 h的45.3%、58.8%和59.7%,200 h的应力松弛量分别为1 000 h的78.3%、81.2%和82.7%;基于试验结果,建立了CFRP筋材应力松弛的预测模型,且具有较高预测精度,并预测了丹江口水库特大桥地锚桥台所用预应力CFRP筋材10年,30年、50年和100年的松弛率分别为1.91%、2.18%、2.32%和2.52%。