碳纤维绳强度的理论分析及试验研究

论文摘要

纤维加劲塑料是一种复合材料,简称FRP,它具有良好的力学性质。近年来,国内外学者深入研究了FRP材料,并为此类材料的推广做了一些宝贵的实践。FRP筋一般由单一纵向纤维与树脂聚合而成,其材料性能受到原材料和生产工艺的影响,一般认为FRP的抗拉强度不及纯纤维。此外,FRP筋由于已完成固化,不易改变形状;FRP筋的弯折损伤又会造成强度折减,因此FRP筋不利于布置为体内曲线预应力筋。纯纤维绳没有经过树脂固化工序,具有模量高、强度高、抗折能力强等特点,可用于结构中为混凝土施加预应力。本文的工作基于平行布置碳纤维绳展开,分析了其强度性质和试验表现,主要包括以下工作:1、系统分析了纤维丝强度的统计性质,认为纤维丝的断裂是随机的,具有一定的统计规律,满足威布尔分布形式。进行了碳纤维丝的拉伸实验,通过实验观察了纤维丝拉伸断裂的随机性质,并根据拉伸曲线测定材料的拉伸弹性模量。2、根据纤维丝的强度特性,推导了纤维束拉伸特征函数。设计了纤维束拉伸实验,根据实验结果估算了威布尔分布的参数。3、推导了均匀受力纤维束的拉伸强度期望值和强度标准差的表达式,进而运用概率论方法计算具有一定保证率的纤维绳承拉力容许值。另一种情况,若纤维束采用不同种类的纤维,直接利用概率统计函数不易求解。本文介绍了重整化群的方法,并以均匀受力纤维束为例,介绍了用重整化群计算纤维绳临界荷载的理论和实现方法。4、通过纤维绳试件拉伸强度试验,总结得到:两端固化中间自由的纤维绳,其破坏均在固化界面;试样纤维强度利用率较低,但细试件要高于粗试件。在理论分析和试验研究的基础上,我们认为,用威布尔分布模型模拟纤维的强度分布特性和试验数据基本相符。纤维绳拉伸试验中,受固化界面的影响,绳子破坏强度低于其计算值。欲提高纤维强度利用效率,需改进绳的生产工艺和张拉锚固技术。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 FRP 的研究和应用
• 1.3 对于纤维材料应用的一些思考
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 纤维材料的力学特征
• 2.1 纤维强度的统计特性
• 2.2 纤维束强度的统计特性
• 2.3 纤维束的拉伸过程分析
• 2.4 韦布尔分布参数的实验测定方法
• 2.5 小结
• 3 纤维单丝和纤维束的张拉实验
• 3.1 纤维单丝实验
• 3.2 纤维束试验
• 3.3 实验结果分析
• 3.4 小结
• 4 用重整化群方法计算纤维绳的强度
• 4.1 重整化群的基本理论
• 4.2 应用重整化群理论求纤维束的临界强度
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 5 碳纤维绳张拉试验
• 5.1 D25 碳纤维绳拉伸试验
• 5.2 D12 碳纤维绳拉伸试验
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献