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预应力 CFRP 板新型曲面夹持锚有限元分析
路泽超 1， 刘亚坤 1， 史文浩 2， 邹林亥 1， 冯晓伟 1， 于 颖 1
（1. 北京市建设工程质量第一检测所有限责任公司，100039，北京；2. 北京工业大学，100124，北京）
摘 要： 以一种新型碳纤维增强聚合物（CFRP）板预应力曲面锚具为对象进行分析研究。该锚具采用摩擦 –
机械锚固形式，其特点是与CFRP板的接触面设计成曲面。为探究该新型锚具的锚固特性，基于 ANSYS软
件的有限元方法，对锚具进行数值模拟分析。分析结果表明，新型曲面锚具不仅很好地解决了常规平面锚具
应力集中而产生较大剪应力的问题，且能够保证极小的滑移量，突显了安全合理、高效、稳固的锚固作用。
关键词： 碳纤维；曲面锚；螺栓；数值模拟
中图分类号：TU 74 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2022)09-1246-03
FINITE ELEMENT ANALYSIS OF NEW CURVED GRIPPING ANCHORS FOR PRESTRESSED
CFRP PLATES
LU Ze-chao 1, LIU Ya-kun 1, SHI Wen-hao 2, ZOU L in-hai 1, FENG X iao-wei 1, YU Y ing 1
（1.Beijing construction Engineering Quality First Inspection Institute CO., Ltd.,100039, Beijing, China;2.Beijing industry university, 100124, Beijing, China）
Abstract: This paper analyzes and studies the curved anchorage for new prestressed carbon fiber
reinforced plastic (CFRP) plates. This anchorage is in the form of friction-mechanic anchorage, and its
feature is that the contact surface with CFRP plates is designed as a curved surface. To study the
anchorage performance of this new anchorage, a numerical simulation analysis is conducted for the
anchorage based on the finite element method of ANSYS. The results of the analysis indicate that this
new curved anchorage can not only solve the problem of stress concentration and high shear stress of
the anchorage in conventional planes but also can guarantee minimum slippage, highlighting the safe
and reasonable, effective, and stable anchorage effects.
Keywords: carbon fiber; curved anchorage; bolt; numerical simulation
随着各种民用建筑的兴建，一些桥梁、房屋、码
头等老建筑在结构变形、混凝土开裂、钢筋锈蚀等耐
久性问题，以及爆炸、火灾等外部因素引起的问题越
来越多。而这些结构的拆除和重建对经济也是一个挑
战。因此，提出了利用碳纤维增强聚合物（ CFRP）
板加固旧设施 [1]。CFRP板具有极高的抗拉强度和良
好的耐腐蚀性，可在提高结构承载能力方面发挥重要
的作用。然而 CFRP板通常具有较低的抗剪强度，一
般剪切强度只有抗拉强度的 2 %~3 %，容易发生剪切
和断裂。因此，有必要寻找合理的锚固措施，降低锚
具端部应力集中程度。对一种新型曲面锚具进行数值
模型研究，通过数值模型分析该锚具的受力特点，得
出相应结论，为同领域研究或施工应用提供参考。
1 新型锚的尺寸
结合吴志平等 [2] 平锚试验参数，并考虑 ACI
440.1R–03《FRP筋加固混凝土结构的设置与施工指
南》和GB/T 14370—2015《预应力筋用锚具、夹具
和连接器》 [3]的规定，确定了锚具的一般尺寸。锚具
初始设置为长度 180 mm、宽170 mm、厚20 mm。锚
具的曲面尺寸是锚具的创新之处。这些螺栓最初是从
名义直径为 20 mm的六角形螺栓中选取。锚具的具
体尺寸如图 1所示，其中螺栓孔直径为 22 mm， t为
CFRP板压缩量的一半。
2 有限元分析
2.1 模型建立
采用 ANSYS 有限元软件对锚具和 CFRP板进行
建
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