全封閉碳纖維與高強(qiáng)鋼絲復(fù)合拉索研究.pdf

1、在幾十年的發(fā)展歷程中，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，逐漸得到了國(guó)內(nèi)外工程師的青睞和重視，從預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)不斷地發(fā)展到預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)、橋梁等工程上的應(yīng)用越來越廣泛。預(yù)應(yīng)力拉索作為支承橋梁和索桿張力結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輕盈大跨度跨越的核心構(gòu)件，是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的生命線，拉索的質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的健康和安全。
　　 目前拉索索體結(jié)構(gòu)主要形式為外包高密度聚乙烯塑料（簡(jiǎn)稱HDPE）套管的半平行鍍鋅高強(qiáng)鋼絲束，該類拉索的實(shí)用

2、性好，索頭的錨固可靠，但耐腐蝕性和抗疲勞性不夠理想，嚴(yán)重降低了索體的使用壽命，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全造成了隱患。因此，國(guó)內(nèi)外的換索工程屢見不鮮，給國(guó)家和社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。另外，對(duì)于索支承橋結(jié)構(gòu)，隨著橋梁跨度的不斷增加，結(jié)構(gòu)自重在總荷載中所占的比例將越來越大，傳統(tǒng)的鋼拉索承載效率將不斷降低，鋼拉索的垂度效應(yīng)也嚴(yán)重制約了更大跨徑橋梁的發(fā)展。碳纖維復(fù)合材料CFRP以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)低、成型工藝性好、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛

3、的研究，已成為拉索發(fā)展的新方向，但因耐火性不足和錨具開發(fā)的困難，各國(guó)對(duì)于CFRP用于斜拉橋的研究都是基于中、小跨徑的試驗(yàn)橋，對(duì)于特大跨CFRP斜拉橋的應(yīng)用只是提出設(shè)想。
　　 本課題基于鋼拉索耐腐蝕性能的不足和CFRP拉索實(shí)際應(yīng)用存在的憂慮，由國(guó)外全封閉鋼拉索的造型出發(fā)，提出了全封閉碳纖維和高強(qiáng)鋼絲復(fù)合拉索的理念，將兩種材料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，走出目前國(guó)內(nèi)外研究拉索以單一材料為主的重圍，圍繞以提高拉索的耐久性和實(shí)現(xiàn)橋梁更大跨度為目標(biāo)，力

4、求在鋼拉索和CFRP拉索之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。
　　 本文介紹了全封閉復(fù)合拉索索體成形技術(shù)，總結(jié)了拉索靜力設(shè)計(jì)計(jì)算的四種方法，比較了各種方法的計(jì)算精度和適用條件。比較分析了全封閉復(fù)合拉索、鋼拉索、CFRP拉索的靜力特性，肯定了全封閉復(fù)合拉索的研究?jī)r(jià)值和可行性。
　　 本文重點(diǎn)研究了全封閉復(fù)合拉索的協(xié)調(diào)工作機(jī)理，提出了芯部高強(qiáng)鋼絲束與碳纖維筋彈性模量相等的要求。研究了高強(qiáng)鋼絲束捻距與彈性模量間的關(guān)系，推導(dǎo)了19股與37股高強(qiáng)

5、鋼絲束彈性模量的計(jì)算表達(dá)式，通過有限元分析驗(yàn)證了表達(dá)式的正確性。通過試驗(yàn)測(cè)試了碳纖維筋的彈性模量，確定在協(xié)調(diào)工作機(jī)理下高強(qiáng)鋼絲束彈性模量的匹配值及相應(yīng)的捻距，證實(shí)了碳纖維筋與高強(qiáng)鋼絲束的協(xié)調(diào)工作的可行性。
　　 錨具的設(shè)計(jì)是全封閉復(fù)合拉索研究的難點(diǎn)，本文分析了粘結(jié)型錨具的受力性能，對(duì)三根碳纖維筋進(jìn)行了靜力試驗(yàn)，研究了粘結(jié)型錨具的特征，如筋材受力不均勻等。最后，給出了全封閉復(fù)合拉索的整體錨具的初步設(shè)想和模型。
　　 結(jié)合吳