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大吨位FRP拉索整体锚固体系优化设计及性能评价
| 论文题名： | 大吨位FRP拉索整体锚固体系优化设计及性能评价 |
| 关键词： | 大跨桥梁;纤维增强复合材料拉索;整体锚固体系;静力性能;疲劳强度 |
| 摘要： | 纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)因具有轻质高强，耐疲劳、腐蚀等优势，在土木工程领域中逐渐得到推广应用并具有广阔的前景。其中玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)具有稳定性好、力学性能优异、造价低、绿色环保、电绝缘、耐腐蚀、耐高温等特性。FRP拉索作为受拉构件被认为是最能发挥FRP材料抗拉强度高特性的结构形式，玄武岩纤维拉索由于其性价比优势，在大跨桥梁中具有突出的竞争力优势。但是大吨位FRP拉索锚固体系不成熟一直是阻碍FRP拉索在重大工程中应用的制约因素。现有FRP拉索锚固方法多适用于单根筋材及小吨位FRP拉索群锚，没有一种安全、可靠、效率高的适用于多根、大吨位FRP拉索的锚固体系。因此本文基于BFRP拉索的锚固方法，开展了以下三个方面的研究: (1)大吨位FRP拉索整体式锚固体系的理论和有限元优化分析、拉索制作工艺优化设计。从理论方面探究FRP拉索锚固区索体-荷载传递介质、介质-钢锚杯两个界面上摩擦系数的临界关系，拉索锚固体系的理论承载力，并得到相应的公式。借助ANSYS有限元分析软件对500吨级FRP拉索锚具进行分析，得到锚固区介质刚度区段数量为4段、锚固长度为1000mm、对FRP索体-介质界面进行强化处理以增强锚固力，提出FRP拉索锚固体系优化设计的建议和方向。开发了不同纤维种类浸胶固化为变刚度的新型大吨位FRP拉索锚固体系的荷载传递介质，提出了沿FRP拉索轴向切槽来释放拉索锚头环向变形的处理方法。 (2)大吨位FRP拉索整体式锚固体系静力性能试验研究。介绍了按照优化设计的思路、方法来制作FRP拉索锚头的工艺;完成了37根Φ4mmBFRP拉索整体式锚固体系的静力性能试验，研究拉索自由段筋材组合后的力学特性，得到拉索整体刚度为63.9GPa，重点研究FRP拉索锚固区相对滑移量与有限元分析数据吻合、锚固区剪应力分布传递方式与变刚度的荷载传递介质有限元分析值接近，计算得FRP拉索锚具效率系数平均值为0.98。 (3)大吨位FRP拉索整体式锚固体系疲劳性能初探。完成FRP拉索疲劳性能试验加载连接装置的设计工作，对37根Φ4mmBFRP拉索整体式锚固体系进行疲劳性能试验研究，重点分析了循环荷载对FRP拉索组合效应影响不大;小幅度提高FRP拉索整体刚度;锚固区相对滑移量随循环次数增加而增加，达到一定量后趋于稳定;分析FRP拉索疲劳强度不足的原因主要是拉索自由端长度一致性差、筋材初始损伤、荷载传递介质加载端刚度过大、厚度不足等。 |
| 作者： | 宋进辉 |
| 专业： | 土木工程；结构工程 |
| 导师： | 汪昕;吴智深 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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