CFRP筋用增材制造同源材料多孔锚固系统的静载试验分析

doi:10.15951/j.tmgcxb.25080509

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摘要碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）筋具有高比刚度/强度、耐腐蚀/疲劳等优点，是替换自重大、易腐蚀/疲劳传统钢制筋/索的理想材料。为实现对CFRP筋的高效锚固，推进增材制造CFRP技术在桥梁工程中的应用，文章开展静载试验研究。首先，基于增材制造CFRP技术设计并制备一种CFRP筋用增材制造同源材料并式复合型多孔锚固系统。其次，通过静载试验分析4种关键参数（锚杯长度、夹片数量、预紧倍率、灌胶杯形状）对其锚固性能的影响，并通过扫描电镜（SEM）对试验后构件的细观结构进行观察及分析。结果表明：该锚固系统共产生3种破坏模式（拉断破坏、剪切破坏、黏结失效破坏），当锚杯长度从60 mm增加至120 mm时，锚固效率增加46.65%，当夹片数量从2片增加至4片时，锚固效率增加12.91%，当预紧倍率从50%增加至100%时，锚固效率增加22.45%。同时，锥台型灌胶杯的锚固效率比直筒型更高，但锥体形状对锚固效率影响较小。此外，细观尺度结果表明，锚杯和夹片打印丝结构完整，灌胶杯及黏结介质出现少量缺陷，但不会影响其结构承载性能。综上，文章提出的CFRP筋用增材制造同源材料并式复合型多孔锚固系统的静力性能是合理且有效的，为增材制造CFRP技术在桥梁工程领域的应用提供全新思路。

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关键词 ：桥梁工程, 增材制造, 锚固系统, 锚固效率, 细观结构

Abstract：Carbon fiber reinforced polymer （CFRP） bars have the advantages of high specific stiffness/strength， corrosion and fatigue resistance， etc.， and they are ideal materials to replace traditional steel bars/cables heavy in weight and prone to corrosion and fatigue. To achieve efficient anchorage of CFRP bars and promote the application of additive manufacturing CFRP technology in bridge engineering， this work conducts some static load tests. First， based on the additive manufacturing CFRP technology， a parallel composite porous anchorage system with additive manufacturing homologous materials used for CFRP bars is designed and fabricated. Second， through the static load test， the influences of four key parameters， including anchorage cup length， number of wedges， pre-tightening ratio and shape of grouting cups， on the anchoring performance are systematically analyzed. In addition， the meso-structures of the components after the loading test are observed and analyzed by scanning electron microscopy （SEM）. The results show that the anchorage system presents three types of failure modes， namely tensile failure， shear failure and bond failure. When the anchorage cup length increases from 60 mm to 120 mm， the anchoring efficiency increases by 46.65%. When the number of wedges increases from 2 to 4， the anchoring efficiency increases by 12.91%. When the pre-tightening ratio increases from 50% to 100%， the anchoring efficiency increases by 22.45%. Meanwhile， the anchoring efficiency of the conical-shaped grouting cup is higher than that of the straight-tube-shaped one， but the shape of the cone has little effect on the anchoring efficiency. Additionally， the mesoscopic results show that the printing filament structures of the anchorage cup and the wedge are intact， but there are a few defects in the grouting cup and the bonding medium， which however may not affect the structural load-bearing performance. In conclusion， the static performance of the parallel composite porous anchorage system with additive manufacturing homologous materials used for CFRP bars proposed here is reasonable and effective， so this study provides a new idea for the application of additive manufacturing CFRP technology in the field of bridge engineering.

Key words： bridge engineering additive manufacturing anchorage system anchoring efficiency meso-structures

收稿日期: 2025-08-13

PACS:	U441
	TB332

基金资助:国家自然科学基金项目（52408153）、陕西省自然科学基础研究计划项目（2024JC-YBQN-0387）、中国博士后科学基金第18批特别资助（2025T180902）、长安大学青年学者学科交叉团队建设项目（300104240926）和长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助（300102285204）

通讯作者: 药天运（1991—　），男，博士，副教授。主要从事3D打印FRP技术在桥梁结构中的应用方面的研究。E-mail：yao_yao2021@chd.edu.cn E-mail: yao_yao2021@chd.edu.cn

作者简介: 胡海洋（2000—　），男，博士研究生。主要从事3D打印FRP技术在桥梁结构中的应用方面的研究；王慧泽（2002—　），男，硕士研究生。主要从事3D打印FRP技术在桥梁结构中的应用方面的研究；赵煜（1974—　），男，博士，教授。主要从事3D打印FRP技术在桥梁结构中的应用方面的研究；邢国华（1983—　），男，博士，教授。主要从事3D打印FRP技术在桥梁结构中的应用方面的研究；杨冰晨（2000—　），男，硕士研究生。主要从事3D打印FRP技术在桥梁结构中的应用方面的研究；

引用本文:

胡海洋, 药天运, 王慧泽, 赵煜, 邢国华, 杨冰晨. CFRP筋用增材制造同源材料多孔锚固系统的静载试验分析[J]. 土木工程学报, 2026, 59(11): 71-84.
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链接本文:

http://manu36.magtech.com.cn/Jwk_tmgcxb/CN/10.15951/j.tmgcxb.25080509 或 http://manu36.magtech.com.cn/Jwk_tmgcxb/CN/Y2026/V59/I11/71

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