預(yù)應(yīng)力碳纖維筋錨具組裝件疲勞性能試驗(yàn)研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，簡稱CFRP）筋材具有強(qiáng)度高、重量輕、抗疲勞、耐腐蝕等優(yōu)良特性，是用于制作預(yù)應(yīng)力筋或拉索的理想材料。然而該材料抗剪性能較差，抗擠壓剛度不足，用作預(yù)應(yīng)力筋需解決其錨固問題。同時(shí)預(yù)應(yīng)力碳纖維筋用在受循環(huán)荷載作用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中時(shí)，其抗疲勞性能也必須成為考慮的重要因素。
　　針對以上問題，首先，本文將預(yù)應(yīng)力碳纖維筋錨固問題的研究重點(diǎn)放在錨固區(qū)

2、碳纖維筋所受徑向壓應(yīng)力上，通過分析夾片長度、錨環(huán)傾角及摩擦系數(shù)等參數(shù)，確定了各錨固變量的最佳值，為碳纖維預(yù)應(yīng)力筋夾片式錨具的研究開發(fā)提供參考。
　　接下來在拉-拉疲勞荷載下預(yù)應(yīng)力碳纖維筋錨具組裝件的抗疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，碳纖維筋在自由段發(fā)生破斷，兩端錨固良好，表明新型夾片式錨具組裝件滿足疲勞試驗(yàn)要求。同時(shí)，對試驗(yàn)結(jié)果的分析顯示，在疲勞加載過程中，碳纖維筋受拉剛度的變化可以分為三個(gè)階段:受拉剛度有所上升階段、受拉剛度呈均勻變化階段

3、和受拉剛度迅速下降階段。而碳纖維筋1×106周最大應(yīng)力條件疲勞極限平均值為1501.4MPa，接近于靜強(qiáng)度的75％，說明碳纖維材料應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的疲勞性能。
　　基于以上分析，本文采用不同的應(yīng)力-壽命(S-N)曲線模型擬合了S-N曲線公式，公式可以在一定程度上預(yù)測本文試驗(yàn)條件下碳纖維筋的疲勞壽命。同時(shí)，本文提出了一種新的三參數(shù)S-N曲線模型，模型具有明確的物理意義，有較高的擬合精度。S-N曲線表明，試驗(yàn)碳纖維筋疲勞壽命達(dá)

4、到達(dá)到200萬次時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力幅約為392MPa。而碳纖維筋疲勞壽命曲線與400MPa高強(qiáng)鋼筋、1860級鋼絞線的對比表明，碳纖維筋的疲勞性能遠(yuǎn)優(yōu)于400MPa高強(qiáng)鋼筋和1860級鋼絞線。
　　然后本文建立了在拉-拉疲勞荷載作用下的碳纖維筋累積損傷模型。本文基于目前適用性較強(qiáng)的Yang剩余剛度模型，采用割線模量S(n)來描述CFRP筋的疲勞損傷，分析結(jié)果顯示，本試驗(yàn)條件下，碳纖維筋剩余剛度預(yù)測模型在中長疲勞壽命時(shí)可靠度較高，說明在疲

5、勞荷載作用下不同循環(huán)加載次數(shù)時(shí)的CFRP筋動態(tài)剛度及變化規(guī)律，能夠較好的適用Yang剩余剛度模型公式。在此基礎(chǔ)上，本文對模型中的剛度退化系數(shù)Q提出了估算方法。同時(shí)，本文提出了一種新的剩余剛度模型，用于預(yù)測CFRP筋的剩余剛度具有較好的精度，并且模型本身具有實(shí)際的物理意義，能夠直觀的反映出CFRP筋的損傷狀況。
　　最后，本文研究了碳纖維筋錨固系統(tǒng)抗疲勞性能的有限元分析，通過名義應(yīng)立法，應(yīng)用實(shí)際載荷和材料數(shù)據(jù)，基于有限元應(yīng)力結(jié)果，應(yīng)