CFRP棒索锚固节点承载力试验研究.pdf

摘要

纤维增强聚合物复合材料（FiberReinforcedPolymer，简称FRP）具有轻

质高强、耐疲劳和耐腐蚀等优点，在土木工程领域中逐渐成为重要结构材料之

一，在结构的新建、加固、修复、增强中广泛应用。其中碳纤维复合材料（简

称CFRP）棒索抗拉强度更高，在索结构中的应用更具优势，但碳纤维复合材

料棒索的锚固性能是影响其设计和应用的关键问题。

鉴于此，本文针对碳纤维复合材料棒索的锚固系统，通过理论分析、有限

元模拟及试验研究锚固系统在常温、极端天气低温和高温环境下的受力性能，

系统研究锚固系统的受力机理。本文的主要研究内容和研究成果如下：

（1）通过力学分析和试验研究揭示CFRP棒索材料锚固体系内部应力传

递机理，获得CFRP棒索直筒粘结型锚固系统的极限锚固承载力及破坏模式。

研究结果表明：直筒锚固系统粘结锚固作用通过环氧树脂与纤维复合材料的化

学粘结及界面摩擦力体现，锚固区域粘结界面应力分布不均匀，锚固系统粘结

界面多出现滑移现象，纤维复合材料的抗拉强度未能充分发挥。

（2）针对CFRP棒索改进型锚固系统，采用试验手段揭示改进型锚固系

统的锚固机理，获得锚固体系的极限锚固承载力及破坏模式，研究结果表明：

改进型锚固系统承载力得到了提高，原因是改进型锚固节点增大CFRP棒索与

环氧树脂间的化学粘结力及锚固系统径向压力，并优化锚固区域粘结界面应力

分布，锚固系统粘结界面无滑移，纤维复合材料的拉伸强度能得到充分发挥。

（3）针对粘结型锚固节点，开展极端天气环境下温度对锚固系统锚固性

能影响研究，通过试验数据及破坏模式的对比，得到锚固节点在不同温度下的

承载性能变化规律，为不同工程环境下的应用提供依据。

（4）根据有限元模拟结果和综合试验结果分析揭示了直筒型CFRP棒索

粘结型锚具和CFRP棒索改进型锚固系统的锚固机理，根据参数化分析结果总

结出改进型锚固系统的施工工艺及相应的节点设计方法。

关键词：碳纤维索；锚固节点；锚固机理；温度效应；模拟分析

Abstract

FiberReinforcedPolymer(FRP)hastheadvantagesoflightweight,high

strength,fatigueresistanceandcorrosionresistance,andhasgraduallybecome

oneoftheimportantstructuralmaterialsinthefieldofcivilengineering,andis

widelyusedintheconstruction,reinforcement,repairandreinforcementof

structures.Amongthem,carbonfibercomposite(CFRP)rodsandcableshave

highertensilestrengthandmoreadvantagesincablestructures,buttheanchorage

performanceofcarbonfibercompositerodsandcablesisakeyissueaffecting

theirdesignandapplication.

Inviewofthis,thispaperaimsattheanchoragesystemofcarbonfiber

compositebarandcable,andstudiesthemechanicalperformanceoftheanchorage

systematroomtemperature,extremeweather,lowtemperatureandhigh

temperaturethroughtheoreticalanalysis,finiteelement