中國報(bào)告大廳網(wǎng)訊，隨著土木工程和橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展，錨具作為關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)連接部件，其設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。2025年，錨具行業(yè)呈現(xiàn)出智能化、高性能化的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示，全球錨具市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在2025年達(dá)到數(shù)十億美元，年復(fù)合增長率超過7%。在這一背景下，新型雙曲面CFRP(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)板錨具的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究為行業(yè)帶來了新的技術(shù)突破。本文通過對(duì)新型錨具的設(shè)計(jì)理念、試驗(yàn)研究及有限元分析，探討其在實(shí)際工程中的應(yīng)用潛力，為錨具行業(yè)的技術(shù)發(fā)展提供參考。
《2025-2030年全球及中國錨具行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，傳統(tǒng)平板式錨具在使用過程中存在擠壓應(yīng)力橫向分布不均勻的問題，導(dǎo)致CFRP板在承載后易發(fā)生撕裂破壞。為解決這一問題，設(shè)計(jì)了一種新型雙曲面CFRP板錨具。該錨具的主要構(gòu)造特征為外夾板設(shè)有橫向圓弧面，內(nèi)夾板設(shè)有縱向圓弧面。外夾板的橫向圓弧面可使CFRP板所受擠壓應(yīng)力橫向分布更加均勻;內(nèi)夾板的縱向圓弧面則可充分?jǐn)D壓錨固區(qū)中段，避免端口處剪切破壞。通過限位片控制外夾板的擠壓位移，實(shí)現(xiàn)所需的預(yù)緊力，從而有效錨固CFRP板。
(一)試驗(yàn)材料與加載設(shè)計(jì)
新型錨具的內(nèi)、外夾板選用屈服強(qiáng)度為785MPa的鋼材，CFRP板的橫截面尺寸為100mm×2mm。試驗(yàn)采用微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)加載，張拉速度為3mm/min，直至CFRP板破壞。通過靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)采集CFRP板上的應(yīng)變數(shù)據(jù)，以評(píng)估其應(yīng)力分布情況。
(二)破壞現(xiàn)象與應(yīng)力分析
試驗(yàn)中觀察到CFRP板的破壞現(xiàn)象主要為縱向劈裂和局部受損。應(yīng)力分析表明，新型錨具能夠使CFRP板的擠壓應(yīng)力分布更加均勻，有效降低了應(yīng)力集中現(xiàn)象。與傳統(tǒng)平板式錨具相比，新型錨具在端口處的縱向位移差值僅為0.74%，CFRP板的縱向剪應(yīng)力峰值降低了69.45%，錨固效率可達(dá)104.16%。
利用有限元軟件ANSYS對(duì)新型錨具進(jìn)行建模分析，探討不同設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其錨固性能的影響。分析結(jié)果表明，外夾板厚度是影響CFRP板擠壓應(yīng)力橫向分布均勻性的主要因素。當(dāng)外夾板厚度為27mm時(shí)，CFRP板的擠壓應(yīng)力橫向分布最為均勻，最大與最小壓應(yīng)力之差僅為9.3MPa。此外，內(nèi)夾板與外夾板的弧面設(shè)計(jì)優(yōu)化了CFRP板的擠壓應(yīng)力分布狀態(tài)，減小了碳纖維間的應(yīng)力差，使CFRP板的橫向變形更加同步。
(一)外夾板邊緣厚度的影響
外夾板邊緣厚度對(duì)CFRP板的擠壓應(yīng)力分布有顯著影響。隨著外夾板邊緣厚度的增加，CFRP板縱向上的擠壓應(yīng)力差值也隨之增大。綜合考慮，外夾板邊緣厚度為27mm時(shí)，CFRP板的擠壓應(yīng)力分布最為合理。
(二)外夾板擠壓位移的影響
外夾板的擠壓位移改變了CFRP板兩側(cè)擠壓應(yīng)力過大而中間擠壓應(yīng)力小的分布特征。試驗(yàn)結(jié)果表明，外夾板擠壓位移為0.85mm時(shí)，CFRP板的張拉應(yīng)力分布差異相對(duì)較小，錨固效果最佳。
(三)內(nèi)夾板邊緣厚度的影響
內(nèi)夾板邊緣厚度對(duì)CFRP板的擠壓應(yīng)力分布影響較小。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和錨固效果，內(nèi)夾板邊緣厚度取為5mm較為合適。
(四)夾板寬度的影響
夾板寬度對(duì)CFRP板的擠壓應(yīng)力分布和縱向位移有顯著影響。較寬的夾板寬度不僅會(huì)造成擠壓應(yīng)力橫向分布不均勻，還會(huì)增加錨具的經(jīng)濟(jì)成本。綜合考慮，夾板寬度取為160mm較為合適。
(五)螺栓預(yù)緊力的影響
錨具行業(yè)現(xiàn)狀分析指出，螺栓預(yù)緊力的大小對(duì)CFRP板的擠壓應(yīng)力分布和張拉應(yīng)力有顯著影響。隨著螺栓預(yù)緊力的增加，CFRP板的擠壓應(yīng)力分布均勻程度降低，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈發(fā)明顯。綜合考慮，螺栓預(yù)緊力組合為160kN-160kN-160kN-160kN較為合適。
2025年，錨具行業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新和性能提升方面取得了顯著進(jìn)展。新型雙曲面CFRP板錨具通過優(yōu)化內(nèi)外夾板的構(gòu)造設(shè)計(jì)，有效解決了傳統(tǒng)錨具存在的擠壓應(yīng)力分布不均勻和預(yù)緊力難以控制的問題。試驗(yàn)和有限元分析結(jié)果表明，新型錨具能夠使CFRP板的擠壓應(yīng)力分布更加均勻，降低應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高錨固效率。此外，通過對(duì)不同設(shè)計(jì)參數(shù)的分析，確定了最優(yōu)的外夾板厚度、擠壓位移、內(nèi)夾板厚度、夾板寬度和螺栓預(yù)緊力組合，為新型錨具的實(shí)際工程應(yīng)用提供了技術(shù)參考。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，錨具行業(yè)將繼續(xù)朝著高性能化、智能化方向發(fā)展，為土木工程和橋梁建設(shè)提供更可靠的技術(shù)支持。
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