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中国公路学报 2022年第2期35卷 88-97页

作者：周竞洋汪昕吴智深朱中国东南大学土木工程学院江苏南京211189 江苏绿材谷新材料科技发展有限公司江苏南京210019

针对大吨位多筋frp拉索锚固存在应力集中、锚固效率低等问题,提出了一种性能可设计的分段变刚度锚固方法,以同源变刚度为设计理念,开发了一种磨碎玻璃纤维改性树脂荷载传递介质。首先,以常用的石英砂改性树脂为对照组,对比分析了2种改... 详细信息

针对大吨位多筋frp拉索锚固存在应力集中、锚固效率低等问题,提出了一种性能可设计的分段变刚度锚固方法,以同源变刚度为设计理念,开发了一种磨碎玻璃纤维改性树脂荷载传递介质。首先,以常用的石英砂改性树脂为对照组,对比分析了2种改性树脂在不同体积掺量下的压缩性能,并利用数值拟合方法揭示了磨碎玻璃纤维改性树脂的压缩强度和弹性模量与体积掺量之间的关系;其次,利用三维实体有限元模型对frp拉索锚固体系进行了参数分析,并以加载端frp拉索的应力降低为优化目标;最后,在前述优化基础之上,开展了Φ4-37Bfrp拉索的足尺静力试验。结果表明:当改性物体积掺量相同时,磨碎玻璃纤维改性树脂的压缩性能始终优于石英砂改性树脂的压缩性能;磨碎玻璃纤维改性树脂的压缩强度和弹性模量均随着改性物体积分数的增加而增大,且其变化规律符合二次多项式拟合关系(R;>0.98);分段比例为1∶1∶1∶1的磨碎玻璃纤维改性树脂荷载传递介质可有效降低锚固区frp拉索的应力集中;Bfrp拉索总体呈现理想的中部炸裂式破坏,且其荷载-位移关系近似呈线性关系;优化后的拉索锚固体系对Bfrp拉索的静力锚固效率为101%,满足规范要求(≥95%);加载后的荷载传递介质未出现损伤,且未与Bfrp拉索之间产生滑移;锚固区Bfrp拉索的轴向应变自加载端至自由端逐渐减小。变刚度荷载传递介质可以显著减小锚固区加载端Bfrp拉索的剪应力集中。

关键词：桥梁工程 frp拉索变刚度荷载传递介质有限元优化锚固性能压缩性能

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考虑内部缺陷的frp拉索力学行为仿真分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2022年第1期49卷 85-93页

作者：朱德举沈琰李晟郭帅成湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082

通过扫描电子显微镜观测了纤维增强树脂基复合材料(frp)拉索的内部原始缺陷形态与结构,基于Python-ABAQUS建立了含孔洞缺陷的微观模型来分析拉索的多尺度力学行为.结果表明:孔隙率与孔洞长径比是影响纤维丝等效弹性模量的主要因素,在相... 详细信息

通过扫描电子显微镜观测了纤维增强树脂基复合材料(frp)拉索的内部原始缺陷形态与结构,基于Python-ABAQUS建立了含孔洞缺陷的微观模型来分析拉索的多尺度力学行为.结果表明:孔隙率与孔洞长径比是影响纤维丝等效弹性模量的主要因素,在相同孔隙率和孔洞体积下,等效弹性模量随孔洞横截面积减小而增大.由于孔洞分布位置的随机性,数值模拟得到的纤维丝等效弹性模量比Mori-Tanaka理论计算值偏高.当纤维丝内部的孔洞的长径比小于1时,孔洞分布位置对等效弹性模量的影响最大.基于纤维束的随机破坏本构关系,采用用户自定义子程序建立了宏观尺度拉索和单筋的多尺度有限元模型,探究了微观和细观尺度的缺陷对宏观性能的影响.最后,采用不同Weibull参数与含内部缺陷的纤维束力学参数,发现frp单筋和拉索模型的仿真结果与试验结果比较相符.

关键词： frp拉索内部缺陷力学行为有限元分析

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大吨位frp拉索锚固装置设计参数分析

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桥梁建设 2016年第2期46卷 19-24页

作者：荆国强樊建平潘东发王波中铁大桥局集团有限公司湖北武汉430050 桥梁结构健康与安全国家重点实验室湖北武汉430034 华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074

大吨位纤维增强复合材料(frp)拉索主要采用锥形锚固装置进行锚固,为解决锥形锚固装置应力集中的问题,使锚固装置便于制造并且达到适合工程应用的尺寸,利用ANSYS Workbench软件建立锥形锚固装置的有限元模型,对荷载传递介质的弹性模量、... 详细信息

大吨位纤维增强复合材料(frp)拉索主要采用锥形锚固装置进行锚固,为解决锥形锚固装置应力集中的问题,使锚固装置便于制造并且达到适合工程应用的尺寸,利用ANSYS Workbench软件建立锥形锚固装置的有限元模型,对荷载传递介质的弹性模量、长度、内锥角和受荷初始端厚度等参数进行分析,提出了一种新型锚固装置(即通过改变锥形锚杯的构造,释放施荷初始端锚杯的套箍作用,减弱拉索的径向约束),并对其紧固段长度和释放段外倾角参数进行有限元分析。结果表明,该装置能够解决应力集中的问题;建议张拉力为10 000kN锚固装置的设计参数为荷载传递介质的弹性模量10GPa、长70cm、内锥角7°、受荷初始端厚30mm、紧固段长55cm、释放段外倾角0°、锚杯直径35cm;其尺寸与相同承载力的钢丝拉索锚固装置接近。

关键词： frp拉索锚固装置纤维增强复合材料荷载传递介质有限元法参数分析力学性能

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基于分布式传感技术的自监测frp拉索研究

基于分布式传感技术的自监测FRP拉索研究

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作者：张嘉晖东南大学

学位级别：硕士

传统的钢索由于自重大、承载效率低的问题,已经成为制约桥梁跨径进一步增大的重要因素,同时大跨桥梁一般位于沿江沿海区域,钢拉索容易受环境腐蚀而影响其正常工作。故以Cfrp、Bfrp为代表的纤维增强复合材料(简称frp)凭借其优秀的力学性... 详细信息

传统的钢索由于自重大、承载效率低的问题,已经成为制约桥梁跨径进一步增大的重要因素,同时大跨桥梁一般位于沿江沿海区域,钢拉索容易受环境腐蚀而影响其正常工作。故以Cfrp、Bfrp为代表的纤维增强复合材料(简称frp)凭借其优秀的力学性能和耐腐蚀耐疲劳性能引起了研究者们的关注,大量的研究和工程应用相继开展。但将frp材料作为拉索这一重要承力构件,仍存在结构设计及工程应用中的一些问题,其中包括无法适用于传统的拉索设计理论,拉索质轻引起的振动问题等。对此需要一种稳定长期的传感测试技术,为frp索斜拉桥的安全应用保驾护航。本文结合分布式长标距的思想,将石墨烯改性树脂这一自传感材料用于制作自监测Bfrp拉索,通过静力试验和疲劳试验对石墨烯改性水性树脂基Bfrp的力学及传感性能、基于石墨烯复合薄膜的自监测Bfrp拉索短期及长期传感性能进行研究,具体的研究内容和成果包括:1.对四种不同的石墨烯改性水性树脂基Bfrp浸胶纱进行静力拉伸试验,试验结果表明,四种Bfrp浸胶纱中,未添加交联剂的石墨烯改性水性环氧树脂基Bfrp拥有最优的力学性能和传感性能,其在02000με的量程内具有明显的电阻-应变线性响应关系,线性回归系数超过0.99。此外通过将该石墨烯改性树脂浸胶纱作为长标距传感器粘贴在复合材料筋表面,试验结果证明可以通过浸胶纱的电阻变化有效地监测静力拉伸试验中复合材料筋的应变情况。2.通过比较两种石墨烯复合薄膜在Bfrp筋静力拉伸试验中的电阻变化率-应变曲线,未添加交联剂的石墨烯改性水性环氧树脂所制成的复合薄膜更适合作为自监测拉索的传感材料。而且反复静力拉伸的试验结果证明了自监测Bfrp拉索具有良好的可重复测试能力。通过定义石墨烯复合薄膜上两种形式、三种程度的摩擦损伤,得到复合薄膜应变传感系数变化与损伤程度呈线性关系,从而给出对于磨损情况下自监测拉索应变传感系数的近似修正方法。石墨烯薄膜的升温试验表明其电阻随温度升高而线性增大,同时分布式传感试验中同一索体多复合薄膜均能独立地表征当前拉索所处的应变水平,由此验证了基于石墨烯复合薄膜分布式传感技术具有一定的可行性。3.在安全系数为3.27的设计应力水平下,通过0.081)、0.101)、0.121)三种应力幅的疲劳试验,得知直至Bfrp筋发生宏观疲劳破坏,石墨烯复合薄膜传感性能均未发生较大变化,其电阻值和应变传感系数最大变化分别为7.29%和9.25%;同时结合Miner线性损伤理论与电子显微镜图像对疲劳损伤下传感性能的退化机理进行分析,提出一种基于线性关系的的特定疲劳次数后无负载电阻值修正方法。通过对自监测拉索进行500h的持荷试验,对石墨烯复合薄膜在持荷状态下传感性能退化情况进行研究,试验结果表明持荷引起的传感性能退化主要在前60h,之后电阻无明显变化趋势,其中500h最大电阻变化率不超过2.7%,属合理范围。

关键词： frp拉索长标距分布式传感石墨烯改性树脂自监测拉索长期传感性能

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frp拉索设计及其大跨混凝土斜拉桥静力性能研究

FRP拉索设计及其大跨混凝土斜拉桥静力性能研究

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第七届全国建设工程frp应用学术交流会

作者：汪昕曾凡星吴智深东南大学城市工程科学技术研究院/土木工程学院

在既往frp拉索千米级大跨斜拉桥研究的基础上,针对frp拉索利用效率低的局限并考虑进一步拓宽frp拉索的应用跨度,探讨了多种frp拉索在500m级大跨混凝土斜拉桥中的拉索设计方法及其结构静力性能。研究基于frp的静力和疲劳试验,提出了拉索... 详细信息

在既往frp拉索千米级大跨斜拉桥研究的基础上,针对frp拉索利用效率低的局限并考虑进一步拓宽frp拉索的应用跨度,探讨了多种frp拉索在500m级大跨混凝土斜拉桥中的拉索设计方法及其结构静力性能。研究基于frp的静力和疲劳试验,提出了拉索高效利用的设计建议,并通过三维有限元模拟,分析了多种frp拉索,包括碳纤维（CFRF）、玄武岩纤维（Bfrp）、混杂玄武岩/碳纤维（B/Cfrp）、混杂玄武岩纤维/钢丝（B/Sfrp）拉索斜拉桥的静力特性。研究结果表明:（1）混杂frp设计方法可以提高frp材料的综合性能,从而获得满足frp拉索斜拉桥结构要求的力学性能参数;（2）根据frp拉索疲劳强度考虑拉索的设计应力,能提高frp拉索的利用效率,避免传统等强度和等刚度拉索设计方法的局限;（3）与钢拉索混凝土斜拉桥相比,frp拉索斜拉桥在正常使用荷载下能够满足结构的刚度要求,同时各种frp拉索对斜拉桥主梁结构影响较小。

关键词： frp拉索混杂设计斜拉桥拉索设计

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大直径frp拉索锚固方法有限元研究

大直径FRP拉索锚固方法有限元研究

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第八届全国建设工程frp应用学术交流会

作者：徐鹏程汪昕吴智深东南大学土木工程学院东南大学城市工程科学技术研究院

缺乏安全可靠的大直径frp拉索锚固体系一直是制约frp拉索在重大工程中广泛应用的瓶颈问题。本文通过总结现有frp拉索锚固体系,指出了现有大直径frp拉索锚固方法的不足。用ANSYS软件计算发现在挤压型frp拉索锚固体系中,锚固区域内的应力... 详细信息

缺乏安全可靠的大直径frp拉索锚固体系一直是制约frp拉索在重大工程中广泛应用的瓶颈问题。本文通过总结现有frp拉索锚固体系,指出了现有大直径frp拉索锚固方法的不足。用ANSYS软件计算发现在挤压型frp拉索锚固体系中,锚固区域内的应力状况比拉索本体更复杂、应力度更高,尤其表现为在锚固区受荷始端的拉索表面将产生很大的径向压应力和剪应力峰值。并且应力峰值会随着拉索直径的增大而增大,因而不利于各向异性frp材料（与纤维垂直方向力学性能薄弱）在锚固区内的受力。针对锚固区受荷始端应力集中的问题,采用变刚度的荷载传递材料能够有效减缓锚固区受荷始端应力集中的问题,为实现大直径frp拉索的锚固提供了可能。

关键词： frp拉索锚固有限元

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