CFRP拉索及其锚固系统抗冲击性能研究

CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) is a potential replacement of traditional high-strength steel for the cables and suspenders in long span cable-supported bridges with its excellent behaviours of higher strength, lighter weight, free of rust and others, but the transversely anisotropic and brittle characteristics of CFRP material make the impact-resiatant performance of CFRP cables and their anchorage systems,under the unexpected action of runaway vehicles' collision and brittle fracture of the adjacent cables during the operation of bridges,become a crucial concern in the application .Little, if any,information is available on the behaviour of CFRP cables and their anchorage systems under impact action. This project will focus its research on the determination of impact action resulting from the unexpected collision of vehicles and brittle fracture of the adjacent cables, evaluation of impact effect and impact-resistant ability, and development of effective protective ways for the CFRP cables and their anchorage systems under impact action.based on the systematic experimental and theoretical study,it is expected to reveal the mechanic behaviour and failure mechanism deeply, develop the relative design methods and effective protective measures for those CFRP cables and their anchorage systems under impact loads,so that a reliable basis for the practical application of this kind of high performance structural component could be provided.

碳纤维增强复合材料CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer）以其强度高、重量轻、免锈蚀和抗疲劳性能好等优异性能有望成为大跨缆索承重桥梁中传统钢制拉索或吊杆的替代品，以克服钢制拉索或吊杆自重大、抗疲劳性能较低和耐腐蚀性能较差等缺点。缆索承重桥梁的拉索或吊杆在运营过程中可能遭遇车辆的横向冲击以及因相邻拉索或吊杆脆性断裂所造成的纵向冲击， CFRP材料的横观各项异性和脆性破坏特征使得CFRP拉索及其锚固系统的抗冲击性能成为其工程应用推广的关键问题之一，而国内外这方面的研究鲜见文献报道。基于此，本申请项目将对CFRP拉索及其锚固系统的抗冲击性能进行研究，基于系统的试验研究和理论分析，明确CFRP拉索及其锚固系统在冲击荷载作用下的受力变形特征及破坏机理，提出CFRP拉索及其锚固系统的抗冲击设计方法，研发提高CFRP拉索抗冲击性能的防护措施，为其工程应用提供可靠依据。

本项目对CFRP拉索及其锚固系统抗冲击性能进行了系统研究，提出了相应的设计方法，可供相关设计规范的编制时参考。项目研究共完成论文25篇，其中博士学位论文1篇、硕士学位论文5篇，期刊论文13篇；主要成果如下：.（1）建立了不同锚固型式CFRP绞线在RPC中锚固的平均粘结强度和临界锚固长度的计算公式，研发了适于锚固CFRP绞线的粘结式锚具。.（2）建立了RPC静弹性模量与立方体抗压强度及动弹性模量间的统计关系。.（3）提出了基于粘弹塑性模型的混凝土疲劳应变预测公式，识别出了考虑混凝土强度的模型参数，建立了适用于RPC的疲劳应变预测模型。.（4）确定了轴向拉伸和横向冲击作用下CFRP绞线荷载分布不均匀性系数。.（5）提出了CFRP绞线抗拉强度、弹性模量及极限应变随温升历程的退化函数。.（6）建立了CFRP拉索横向受力理论分析模型，推导了CFRP拉索横向静力性能的预测公式，提出了CFRP拉索在拉-弯耦合作用下的破坏准则。.（7）提出了经历不同温升历程后CFRP拉索横向静力性能的预测公式。.（8）在经典的SDOF（单自由度）模型基础上，考虑几何非线性和有效能量两项修正，提出了用于CFRP绞线单次及多次冲击响应预测的修正SDOF模型。.（9）确定了CFRP绞线在冲击作用下的动态折减系数，推导了CFRP拉索横向冲击响应的预测公式。.（10）建立了量化温度影响的温度效应函数，提出了不同温度下CFRP拉索冲击响应的预测公式。.（11）提出了横向冲击荷载作用下配置PE保护层的CFRP棒材筋吸收能量预测的公式，并确定了CFRP拉索抗冲击的合理防护形式。.（12）建立了车辆-拉索系统的冲击动力模型及斜拉桥断索动力分析模型，确定了车辆撞击及拉索断裂在CFRP拉索及其锚固系统上产生的冲击作用。