碳纤维复材筋新型复合式锚具力学性能试验研究

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纤维增强复合材料(以下简称复材筋)具有优良的力学性能,其轻质高强,耐腐蚀性能力强,是钢筋的理想替代材料,尤其适合应用于预应力混凝土结构。但由于材料自身性能,复材筋与混凝土之间的粘结性能通常不如钢筋,且传统的预应力钢绞线锚具易对复材筋造成损伤。为解决目前复材筋应用于预应力混凝土时的锚固问题,本文以碳纤维复材筋为主要研究对象,基于课题组提出的附加肋锚固增强法,研制出一种新型复合式锚具,主要进行了以下工作:系统性地研究了附加肋长度、壁厚、挤压变形量对CFRP筋、BFRP筋、GFRP筋三种复材筋的界面剪切性能。通过试验数据得出更高弹性模量和层间剪切强度的碳纤维复材筋具有更高的界面剪切强度的结论。同时,带肋筋与附加肋界面剪切强度优于光圆筋。附加肋的长度增加会提高锚固承载力,但界面剪切强度会随之降低;增加壁厚和挤压变形量可以增加界面剪切强度,但过大的挤压变形量会造成复材筋切断破坏。通过短梁法加载试验研究了附加肋对于上述三种筋材层间剪切强度的影响效果。试验结果显示,附加肋能有效抑制破坏时的裂缝发展,并能显著提升复材筋的层间剪切强度,当附加肋壁厚为5mm时提升幅度最大。同时,对于碳纤维复材筋,增大附加肋的挤压变形量也有助于增大层间剪切强度。采用碳纤维复材筋、高强灌浆料、铝合金附加肋等材料研发了新型复合式锚具,并对该锚具进行静力加载试验,研究了填充材料、附加肋个数以及锚固长度对锚固性能的影响。通过试验得出结论,当附加肋放置于靠近锚具加载端时易发生切口效应,导致复材筋被切断,降低锚固承载力,而将附加肋后移至自由端附近可以有效提升锚固承载力。同时发现用单个长附加肋代替多个短附加肋可以进一步避免切口效应的不利影响,对控制界面滑移产生积极作用。基于变刚度的思想对碳纤维复材筋新型复合式锚具进行优化,并进行了静力加载试验。试验结果证明,将低弹模材料环氧树脂、中弹模材料高强灌浆料、高弹模材料附加肋结合起来的变刚度思想可以有效提升锚固性能,避免切口效应同时抑制混凝土的开裂。
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