高強(qiáng)度復(fù)合材料FRP片材波形齒夾具錨錨固系統(tǒng)及應(yīng)用研究.pdf

1、高強(qiáng)度FRP復(fù)合材料具有強(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)力筋或拉索以及用于結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)的理想材料。然而該材料不同于鋼材，F(xiàn)RP材料抗剪性能較差，抗擠壓剛度不足，使得高強(qiáng)度FRP復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋或拉索的錨固問題變得異常困難。綜觀國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的針對(duì)FRP棒材開發(fā)的錨具，盡管種類很多，但都存在著這樣或那樣的問題，難于在實(shí)際工程中大量推廣應(yīng)用。此外，在運(yùn)用碳纖維布進(jìn)行抗彎和抗剪加固時(shí)，碳纖維布容易發(fā)生剝離破壞，其強(qiáng)度也得不

2、到較充分利用。另外，預(yù)應(yīng)力FRP技術(shù)向來是加固技術(shù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其原因在于還沒有開發(fā)出一種適用于FRP片材的夾具和錨具，而這又是預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因此，夾持和錨固技術(shù)是高強(qiáng)度FRP材料能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵，也是必須解決的技術(shù)難題。 為了解決上述問題，經(jīng)過長(zhǎng)期的嘗試和大量的試驗(yàn)，筆者創(chuàng)造性地開發(fā)出了一種基于高強(qiáng)度復(fù)合材料片材的波形齒夾具錨（專利號(hào)ZL02244587.0）。FRP片材是目前高強(qiáng)度復(fù)合材料在工程領(lǐng)域使用最

3、廣泛、應(yīng)用量最大的材料類型，因而針對(duì)FRP片材的錨具就具有堅(jiān)實(shí)的應(yīng)用基礎(chǔ)。本文以波形齒夾具錨為核心，對(duì)高強(qiáng)度復(fù)合材料FRP片材波形齒夾具錨錨固系統(tǒng)進(jìn)行了初步的理論研究和試驗(yàn)，并探索了波形齒夾具錨在碳纖維布加固技術(shù)和預(yù)應(yīng)力技術(shù)中的應(yīng)用。 通過對(duì)波形齒夾具錨受力機(jī)理的力學(xué)分析，初步弄清了波形齒夾具錨夾持和錨固FRP片材的力學(xué)機(jī)理。波形齒夾具錨夾持和錨固FRP片材主要通過三種方式產(chǎn)生作用，即粘結(jié)效應(yīng)、摩擦效應(yīng)及彎曲效應(yīng)；本文導(dǎo)出了FR

4、P片材的傳遞長(zhǎng)度計(jì)算公式和錨固長(zhǎng)度計(jì)算公式，以及在波形齒夾具錨中FRP片材的錨固判別準(zhǔn)則。本文也討論了波形齒夾具錨夾持和錨固FRP片材的影響因素，指出了對(duì)波形齒夾具錨進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。本文還對(duì)FRP片材應(yīng)用于拉索或力筋時(shí)的張拉強(qiáng)度做了較深入的分析，并考慮多種因素的影響，得到了張拉強(qiáng)度的計(jì)算公式。作者嘗試探討了FRP片材用來制造大噸位拉索或力筋的可行性。 為了檢驗(yàn)波形齒夾具錨夾持和錨固FRP片材的性能，特別設(shè)計(jì)了由不同的波形齒

5、夾具錨組成的張拉構(gòu)件，并進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果基本證實(shí)了錨固長(zhǎng)度計(jì)算公式的正確性，表明波形齒夾具錨具有良好的夾持和錨固FRP片材的性能，能夠充分發(fā)揮出FRP片材的極限強(qiáng)度。 為了解決碳纖維布加固技術(shù)中的剝離問題，本文提出了采用波形齒夾具錨錨固FRP加固技術(shù)，并特別設(shè)計(jì)了14根鋼筋混凝土梁進(jìn)行了加固試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)抗彎加固的碳纖維布兩端都采用波形齒夾具錨進(jìn)行錨固的加固梁，碳纖維布的強(qiáng)度可以得到充分的發(fā)揮，取得顯著的加固效果；

6、并且，在施工質(zhì)量有保證的條件下，碳纖維布可以發(fā)揮出極限強(qiáng)度，而不受加固量及層數(shù)的影響（試驗(yàn)中粘貼的碳纖維布層數(shù)達(dá)10層）。本文還提出了U形箍和波形齒夾具錨對(duì)縱向碳纖維布錨固作用的簡(jiǎn)化組合模型，并分別對(duì)其進(jìn)行了剪切滑移機(jī)理分析，結(jié)合加載試驗(yàn)結(jié)果以及應(yīng)變分布發(fā)展特征的分析，充分表明了波形齒夾具錨阻止碳纖維布剝離和滑移的作用遠(yuǎn)優(yōu)于U形箍，并能夠提供明確可靠的錨固力。 本文設(shè)計(jì)和構(gòu)思了一種全新的體外錨固FRP片材預(yù)應(yīng)力加固法，并利用從成

7、渝高速公路上拆下的舊構(gòu)件首次了進(jìn)行了體外錨固碳纖維布預(yù)應(yīng)力加固試驗(yàn)，事實(shí)證明，充分利用波形齒夾具錨的特點(diǎn)，采用兩端先固定，再中間緊固的預(yù)應(yīng)力工藝是切實(shí)可行的；簡(jiǎn)單方便的操作工藝使該技術(shù)更易于在實(shí)際的加固工程中推廣應(yīng)用； 波形齒夾具錨是目前世界上唯一針對(duì)FRP片材的、具有實(shí)用價(jià)值的夾具和錨具；以波形齒夾具錨為核心的錨固系統(tǒng)以及預(yù)應(yīng)力技術(shù)和加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)也是目前國(guó)內(nèi)唯一擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、世界首創(chuàng)的、自主開發(fā)的、具有實(shí)用意義的錨固系統(tǒng)