基于环-夹协同作用的多层片材型CFRP拉索锚固机理研究

基本信息
批准号:51908012
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:刘越
学科分类:
依托单位:北京工业大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
桥梁结构碳纤维增强聚合物拉索碳纤维增强聚合物索支桥梁锚固机理
结项摘要

Most existing CFRP cables adopt bond- or clamp-type anchorages, which are usually large in volume, complex in structure and poor in economy and applicability. In this project, a new type of anchorage system for multi-layer lamella CFRP cables based on ring-clamp synergy is proposed. Its anchoring mechanism is systematically studied. Firstly, a mechanical model based on ring-clamp synergy is established by theoretical derivation. The distribution ratio of anchoring force between "ring" and "clamp" and its influencing factors are investigated, and the working principle of ring-clamp synergy is clarified. Then the static and fatigue tensile tests of the specimens are carried out, and the corresponding numerical simulations are conducted, so as to reveal the failure modes of the anchorage system and to find out the influence of the anchorage structural parameters on the static and fatigue properties of the system. Based on the aforementioned research, the optimization analysis is carried out, and suggestions for the anchorage design under different loading conditions are put forward. The research results will be beneficial to the broad application of multi-layer lamella CFRP cables.

现有的CFRP拉索多采用黏结或夹片式锚固,往往体积较大、结构复杂、经济性与适用性不佳。本项目提出一种新型的基于环-夹协同作用的多层片材型CFRP拉索锚固体系,围绕其锚固机理开展系统性研究。首先通过理论推导,建立基于环-夹协同作用锚固的力学模型,探明锚固力在“环”和“夹”之间的分配比例及其影响因素,明确环-夹协同作用的工作原理;随后开展试件静力拉伸和疲劳试验,并进行相应的数值模拟,揭示该锚固体系的失效模式,探明各构造参数对该体系静力与疲劳性能的影响规律;在此基础上进行优化分析,提出针对不同受载情况的锚具设计建议。研究成果将有助于多层片材型CFRP拉索的推广和应用。

项目摘要

碳纤维增强聚合物(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)是一种新型的高性能复合材料,具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、低蠕变、高阻尼等诸多优异的力学性能,适合制成拉索解决钢索自重过大、强度不足、承载效率低、耐久性差等缺点。但拉索用CFRP是一种典型的正交各向异性材料,其较弱的横向强度与抗剪强度造成其不易锚固。现有的CFRP拉索多采用黏结或夹片式锚固,往往体积较大、结构复杂、经济性与适用性不佳,制约了CFRP拉索在工程中的大规模应用。本项目提出一种新型的基于环-夹协同作用的多层片材型CFRP拉索锚固体系,围绕其锚固机理开展了系统性研究。首先通过理论推导,建立了基于环-夹协同作用锚固的力学模型,明确了环-夹协同作用的工作原理;随后开展了基于环-夹协同作用的多层片材型CFRP拉索锚固体系的力学性能试验,并进行相应了的数值模拟,揭示了该锚固体系的失效模式,探明了各构造参数对该体系锚固效率的影响规律,并提出了锚具的优化设计建议,设计的多层片材型CFRP拉索锚具锚固效率可达95%以上。研究成果将有助于多层片材型CFRP拉索的推广和应用。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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