高温下CFRP筋横向压缩性能试验研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20260228.007

复合材料科学与工程 ›› 2026, Vol. 0 ›› Issue (2): 49-57.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20260228.007

高温下CFRP筋横向压缩性能试验研究

王力晨^1,2,3, 刘缘园³

1.天津大学中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室,天津 300350;
2.天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津 300350;
3.天津大学建筑工程学院,天津 300350

收稿日期:2024-11-29 出版日期:2026-02-28 发布日期:2026-03-12
作者简介:王力晨(1988—),男,博士,副研究员,研究方向为CFRP索屋盖结构应用,wanglc@tju.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金(52008291)

Transverse compressive mechanical tests of CFRP tendons at elevated temperature

WANG Lichen^1,2,3, LIU Yuanyuan³

1. Key Laboratory of Earthquake Engineering Simulation and Seismic Resilience of China Earthquake Administration, Tianjin University, Tianjin 300350, China;
2. Key Laboratory of Coastal Civil Engineering Structure and Safety, Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300350, China;
3. School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China

Received:2024-11-29 Online:2026-02-28 Published:2026-03-12

摘要/Abstract

摘要： 为提升使用碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)制作拉索的索屋盖结构节点处的耐高温性能,对CFRP筋夹片式锚固系统进行了研究。首先通过CFRP筋的玻璃化转变温度试验,得到了CFRP筋发生玻璃化转变的起始和终止温度(126 ℃、192 ℃),确定了高温下横向压缩力学试验的目标测试温度,然后采用A6061-T6铝合金制作带有半圆形凹槽的两块相同的铝板来模拟锚固系统中的夹片。通过开展试验得到了考虑铝板影响后的CFRP筋的高温下横向压缩力学性能和变形特征随温度的变化规律,这一结果可以为构建CFRP筋的高温下本构模型提供数据支撑。通过建立与试验相对应的有限元模型进行结果吻合度对比,计算得到的应变值与试验得到的应变值平均误差不超过5%,验证了有限元模型中热学参数、力学参数的有效性,可用于后续构建锚固系统的耐高温分析模型。

关键词: 碳纤维增强复合材料筋, 横向压缩, 高温力学性能, 锚固系统, 有限元模型, 折减系数

Abstract: To improve the high temperature resistance of joints in cable roof structures made of carbon fiber reinforced polymer (CFRP), the CFRP tendon wedge-type anchorage system was studied. Firstly, the glass transition temperature test of CFRP tendons was carried out to obtain the starting and ending temperatures of the glass transition of CFRP tendons (126 ℃, 192 ℃). Based on this, the target test temperature for the transverse compressive mechanical test at elevated temperature was further worked out. Then, the same two aluminum plates with semicircular grooving were made of A6061-T6 aluminum alloy to simulate the wedge in the anchoring system. By conducting experiments, the transverse compressive mechanical properties and deformation characteristics of CFRP tendons with the influence of aluminum plate are obtained under high temperature. The results can provide data support for the construction of the constitutive model of CFRP tendons under high temperature. By establishing the finite element model corresponding to the test, the average error between the calculated strain value and the strain value obtained by the test is less than 5%, the validity of thermal and mechanical parameters in the finite element model is demonstrated, and the anchorage system model can be further constructed for high-temperature analysis.

Key words: CFRP tendon, transverse compression, high-temperature mechanical properties, anchorage system, finite element model, reduction factor

中图分类号:

TB332

王力晨, 刘缘园. 高温下CFRP筋横向压缩性能试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(2): 49-57.

WANG Lichen, LIU Yuanyuan. Transverse compressive mechanical tests of CFRP tendons at elevated temperature[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2026, 0(2): 49-57.

参考文献

[1] 冯鹏. 复合材料在土木工程中的发展和应用[J]. 玻璃钢/复合材料, 2014(9): 99-104.
[2] ZHOU F, PANG R, ZHANG P, et al. Experimental investigation of the mechanical properties of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) tendons during and after elevated temperatures[J]. Materials and Structures, 2022, 55(2): 82.
[3] LE Q X, TORERO J L, DAO V T. Understanding the effects of stress on the coefficient of thermal expansion[J]. International Journal of Engineering Science, 2019, 141: 83-94.
[4] HAN Q H, WANG L C, XU J. Experimental research on mechanical properties of transverse enhanced and high-temperature-resistant CFRP tendons for prestressed structure[J]. Construction and Building Materials, 2015, 98: 864-874.
[5] XU J, WANG W X, HAN Q H. Mechanical properties of pultruded high-temperature-resistant carbon-fiber-reinforced polymer tendons atelevated temperatures[J]. Construction and Building Materials, 2020, 258: 119526.
[6] 苏捷, 李权浩, 方志, 等. 高温下CFRP筋及其粘结型锚固系统的力学性能[J]. 复合材料学报, 2022, 39(11): 5300-5310.
[7] 方志, 方川, 蒋正文, 等. 高温后CFRP筋及其粘结式锚固系统的力学性能[J]. 复合材料学报, 2021, 38(11): 4031-4041.
[8] HAN Q H, WANG L C, XU J. Test and numerical simulation of large angle wedge type of anchorage using transverse enhanced CFRP tendons for beam string structure[J]. Construction and Building Materials, 2017, 144: 225-237.
[9] 王安妮, 刘晓刚, 岳清瑞. 碳纤维复合材料拉索的锚固体系及服役性能研究进展[J]. 建筑结构学报, 2022, 43(9): 45-54.
[10] 王力晨. 一种CFRP索整体式大角度夹片型锚固系统: CN111287465A[P]. 2020-06-16.
[11] 全国纤维增强塑料标准化技术委员会. 聚合物基复合材料玻璃化转变温度试验方法动态力学分析法(DMA): GB/T 40396—2021[S]. 北京: 中国标准出版社, 2021.
[12] 王元清, 林错错, 石永久. 露天日照条件下钢结构构件温度的试验研究[J]. 建筑结构学报, 2010, 31(增刊1): 140-147.
[13] 范重, 王喆, 唐杰. 国家体育场大跨度钢结构温度场分析与合拢温度研究[J]. 建筑结构学报, 2007(2): 32-40.
[14] 阿禾. 地球十大“极点”[J]. 建筑工人, 2010, 31(1): 54.
[15] WANG K, YOUNG B, SMITH S T. Mechanical properties of pultruded carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) plates at elevated temperatures[J]. Engineering Structures, 2011, 33(7): 2154-2161.
[16] YU B L, KODUR V. Effect of temperature on strength and stiffness properties of near-surface mounted FRP reinforcement[J]. Composites Part B: Engineering, 2014, 58: 510-517.
[17] CAO S H, WU Z S, WANG X. Tensile properties of CFRP and hybrid FRP composites at elevated temperatures[J]. Journal of Composite Materials, 2009, 43(4): 315-330.
[18] American Society for Testing Materials. Standard test method for compressive properties of polymer matrix composite materials with unsupported gage section by shear loading: ASTM D3410/D3410M-16[S]. West Conshohocken: ASTM International, 2003.
[19] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 纤维增强复合材料工程应用技术标准: GB 50608—2020[S]. 北京: 中国计划出版社, 2020.
[20] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 民用建筑热工设计规范: GB 50176—2016[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2016.
[21] GRIFFIS C A, MASUMURA R, CHANG C. Thermal response of graphite epoxy composite subjected to rapid heating[J]. Journal of Composite Materials, 1981, 15: 427-442.
[22] HAN Q H, ZHENG X W, WANG L C. Experimental and numerical investgation of the mechanical properties of a CFRP tendon-wedge assembly loaded under transverse compressive loading[J]. Materials, 2023, 16(9): 3305.
[23] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑钢结构防火技术规范: GB 51249—2017[S]. 北京: 中国计划出版社, 2017.
[24] 彭航, 蒋首超, 赵媛媛. 建筑用6061-T6系铝合金高温下力学性能试验研究[J]. 土木工程学报, 2009, 42(7): 46-49.

高温下CFRP筋横向压缩性能试验研究

Transverse compressive mechanical tests of CFRP tendons at elevated temperature

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	顾楠, 刘文博, 王培培, 杨帆, 王荣国, 朱福先. 面板内初始分层缺陷对复合材料泡沫夹层结构弯曲性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(2): 34-43.
[2]	王锴, 罗俊杰, 姚如洋, 庞通, 贾晓航, 余磊. 碳纤维增强复合材料结构吸能机理及其高效建模方法研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(8): 24-32.
[3]	陈盼, 钟愉承. 热成型过程中工艺参数对编织复合材料纤维重新取向的影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(11): 86-94.
[4]	周勇军, 周坤, 李红周. 碳纤维复合材料T形电池盒箱体的铺层设计[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(1): 117-123.
[5]	孔祥清, 张文萍, 张惠玲, 章文姣, 李若男, 付莹. 冲击荷载作用下仿生蜂窝夹层梁动态响应数值模拟研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(7): 19-25.
[6]	王琪, 谢煜斐, 袁连忠, 高进可, 陆嘉君. 连续玻纤增强热塑性复合管内压下力学性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(7): 79-85.
[7]	王乐乐, 郑国彦, 黎海银, 尹振华, 郑艳萍. 基于非线性混频Lamb波的复合材料拉伸损伤研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(5): 65-70.
[8]	张文萍, 孔祥清, 张惠玲, 章文姣, 李若男, 付莹. 斜向冲击荷载作用下仿生蜂窝夹层梁动态响应数值模拟研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(10): 17-22.
[9]	陈健, 孙泽阳, 詹瑒, 罗佑健, 曾以华. 等边角形纤维增强复合材料型材轴压性能试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(12): 62-68.
[10]	黄飞, 郑艳萍, 王旭, 李明坤. 基于压电阻抗的碳纤维复合材料脱黏损伤研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(11): 39-43.
[11]	王旭, 郑艳萍, 夏小松, 张超禹. 压电-金属结构复合材料层间损伤检测研究[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(7): 27-32.
[12]	朱元林, 刘礼华, 周佳琪, 黄盛彬. CFRP拉索研制及其力学性能研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019, 0(6): 80-84.
[13]	朱元林, 刘礼华, 周佳琪, 黄盛彬. CFRP筋粘结型锚固系统疲劳及应力松弛性能研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019, 0(3): 11-15.
[14]	范鎔韬, 关志东, 黄永杰, 苏雨茹. 薄层合板单面贴补修理拉伸性能研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019, 0(2): 83-90.
[15]	唐荆, 陈啸, 杨科. 碳纤维复合材料开孔层合板压缩损伤预测和模型比较[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019, 0(10): 33-39.