全封閉碳纖維與高強鋼絲復合拉索研究.pdf

1、在幾十年的發(fā)展歷程中，預應力結構體系以其獨特的優(yōu)勢，逐漸得到了國內(nèi)外工程師的青睞和重視，從預應力混凝土結構不斷地發(fā)展到預應力鋼結構。預應力結構體系在大跨空間鋼結構、橋梁等工程上的應用越來越廣泛。預應力拉索作為支承橋梁和索桿張力結構實現(xiàn)輕盈大跨度跨越的核心構件，是預應力結構的生命線，拉索的質(zhì)量直接關系到結構的健康和安全。
　　 目前拉索索體結構主要形式為外包高密度聚乙烯塑料（簡稱HDPE）套管的半平行鍍鋅高強鋼絲束，該類拉索的實用

2、性好，索頭的錨固可靠，但耐腐蝕性和抗疲勞性不夠理想，嚴重降低了索體的使用壽命，對結構的安全造成了隱患。因此，國內(nèi)外的換索工程屢見不鮮，給國家和社會造成了巨大的經(jīng)濟負擔。另外，對于索支承橋結構，隨著橋梁跨度的不斷增加，結構自重在總荷載中所占的比例將越來越大，傳統(tǒng)的鋼拉索承載效率將不斷降低，鋼拉索的垂度效應也嚴重制約了更大跨徑橋梁的發(fā)展。碳纖維復合材料CFRP以其輕質(zhì)、高強、耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)低、成型工藝性好、施工簡便等優(yōu)點得到廣泛

3、的研究，已成為拉索發(fā)展的新方向，但因耐火性不足和錨具開發(fā)的困難，各國對于CFRP用于斜拉橋的研究都是基于中、小跨徑的試驗橋，對于特大跨CFRP斜拉橋的應用只是提出設想。
　　 本課題基于鋼拉索耐腐蝕性能的不足和CFRP拉索實際應用存在的憂慮，由國外全封閉鋼拉索的造型出發(fā)，提出了全封閉碳纖維和高強鋼絲復合拉索的理念，將兩種材料的優(yōu)勢互補，走出目前國內(nèi)外研究拉索以單一材料為主的重圍，圍繞以提高拉索的耐久性和實現(xiàn)橋梁更大跨度為目標，力

4、求在鋼拉索和CFRP拉索之間找到一個平衡點。
　　 本文介紹了全封閉復合拉索索體成形技術，總結了拉索靜力設計計算的四種方法，比較了各種方法的計算精度和適用條件。比較分析了全封閉復合拉索、鋼拉索、CFRP拉索的靜力特性，肯定了全封閉復合拉索的研究價值和可行性。
　　 本文重點研究了全封閉復合拉索的協(xié)調(diào)工作機理，提出了芯部高強鋼絲束與碳纖維筋彈性模量相等的要求。研究了高強鋼絲束捻距與彈性模量間的關系，推導了19股與37股高強

5、鋼絲束彈性模量的計算表達式，通過有限元分析驗證了表達式的正確性。通過試驗測試了碳纖維筋的彈性模量，確定在協(xié)調(diào)工作機理下高強鋼絲束彈性模量的匹配值及相應的捻距，證實了碳纖維筋與高強鋼絲束的協(xié)調(diào)工作的可行性。
　　 錨具的設計是全封閉復合拉索研究的難點，本文分析了粘結型錨具的受力性能，對三根碳纖維筋進行了靜力試驗，研究了粘結型錨具的特征，如筋材受力不均勻等。最后，給出了全封閉復合拉索的整體錨具的初步設想和模型。
　　 結合吳