FRP筋复合式锚具锚固性能的试验研究

当复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋或拉索应用到缆索承重桥梁的拉索体系中时,粘结式锚具和夹片式锚具均有其自身的局限性。对此,根据普通拉索锚固体系的特点,并结合FRP筋夹片式锚具和粘结式锚具的研究成果,提出了锚固FRP筋的复合式锚具。复合式锚具由后部的楔紧锚固和前部的粘结锚固组成,其中楔紧锚固部分包括锚杯、带有凹齿的夹片、铝套管以及塑料薄膜,粘结锚固部分包括钢套筒和粘结介质-活性粉末混凝土RPC(Reactive Power Concrete)。静载试验研究了锚杯长度、钢套筒长度、夹片预紧力、筋材预张拉力等参数对复合式锚具锚固性能的影响。结果表明:复合式锚具试件中的极限荷载最大为208kN,相应的锚固效率系数为104%,大于95%,满足规范要求。复合式锚具两种锚固形式的锚固长度较合理组合为:对不预张拉锚具,可取锚杯长度40mm以及粘结锚固长度100mm;对预张拉锚具,可取锚杯长度60mm以及粘结锚固长度60mm。提出的复合式锚具极限荷载计算式具有较好的适用性。     

预应力FRP筋锚具的研发

本文对课题组所研制的多种预应力FRP筋锚具进行了介绍,分析了各类锚具的特点,对锚固效果的影响因素进行了研究,深入分析了FRP筋锚固和钢筋锚固的不同之处后,提出了对已研制锚具进一步的改进措施.     

预应力FRP筋锚具的研究与发展

通过查阅国内外的文献,介绍预应力FRP筋锚固技术的研究现状,主要涉及预应力FRP筋的锚固系统要求和锚具研究成果,并对预应力FRP筋锚具在国内的研究和应用提出了建议。     

碳纤维增强复合材料筋复合型锚具试验研究和有限元分析

为综合粘结型锚具与夹片型锚具各自的优点,在已有碳纤维增强复合材料(简称CFRP)筋锚具的基础上,研究由粘结部分与夹持部分协同工作而成的复合型锚具。由直筒粘结型锚具的静载试验,研究胶体粘结性能,粘结长度、胶体厚度对锚固性能的影响。通过复合型锚具静载试验,研究该类锚具的失效模式、极限荷载、滑移变形等,结合锚固区实测应力变化,初步分析锚固应力的传递机制。通过有限元分析方法,模拟计算夹片倾角、锥角差、预紧力等参数对复合型锚具内部受力的影响,得到建议设计参数,为复合型锚具结构优化提供参考。     

CFRP筋复合型锚具锚固性能研究

为解决碳纤维增强复合材料(CFRP)筋的锚固问题,研制了由粘结材料、金属筒、夹片和锚环组成的CFRP筋复合型锚具,并进行了夹片长度、金属筒长度、夹片夹持位置以及粘结材料对CFRP筋复合型锚具的锚固性能影响试验.结果表明:粘结材料、金属筒长度和夹片夹持位置均对锚固性能有较大影响;夹片的夹持位置应避免在金属筒两端,且宜使金属筒受压区长度小于受拉区长度;Lica-B型粘结材料锚固性能优于Lica-A型粘结材料;复合型锚具各组件协同工作性能良好,夹片与金属筒间无滑移产生;参数合理的该类复合型锚具可有效锚固直径为8 mm的CFRP筋.     

高强CFRP筋夹片式锚具的弹性有限元分析

基于有限元数值分析技术,以新型夹片式FRP(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)筋后张法锚具为研究对象,研究其在夹持高强CFRP筋时,CFRP筋和锚具系统在锚环和夹片间不同角度、不同锚具长度、套管和CFRP筋之间不同摩擦系数下的基本力学性能,从而为高强CFRP筋锚具系统的研究开发提供参考。     

碳纤维筋(CFRP筋)锚具研制及力学性能试验研究

论述碳纤维筋专用夹片粘结型锚具的锚固机理,介绍国产8碳纤维筋专用夹片粘结型锚具的研制及静载试验结果,并测定了国产8碳纤维筋的极限强度、弹性模量和极限延伸率等力学性能参数。     

纤维塑料筋混凝土结构的系列研究

彻底解决钢筋锈蚀问题的一个有效办法是采用纤维塑料筋(即FRP筋),1995年我们在国内首先开展了FRP筋混凝土结构的系列研究,取得了阶段性的研究成果:①研制生产国内首批FRP螺纹筋;②对FRP筋在不同环境介质中的粘结锚固性能进行研究;③对FRP筋普通混凝土梁的受力性能和设计理论进行研究;④研制新型FRP筋预应力锚具;⑤对预应力FRP筋混凝土粱的受力性能和设计理论进行研究等.本文重点介绍以上几方面的研究工作,并对今后FRP筋混凝土结构的发展趋势作了展望.     

FRP筋模块化夹片锚具设计及试验研究

纤维增强复合即FRP材料属于各向异性材料,需要针对FRP的特性开发新的锚固系统。与传统FRP锚固方式不同,FRP筋模块化夹片锚具是将FRP筋、多孔切片铝套以及夹片作为一个标准模块,并将其压入锚杯的模块安装孔内。根据实际工况,在锚杯上增加或减少模块安装孔的数量,从而达到拉索的使用要求。利用ANSYS Workbench有限元软件,对模块化锚具的内锥倾角、夹片与锚杯的角度差、锚固长度、FRP筋材间距、夹片预紧力等参数进行分析,提出了一种新型模块化锚固形式,并通过试验的方法来测试模块化夹片锚具的锚固性能。结果表明,采用模块化夹片锚具对FRP筋进行锚固的方法是可靠的,本文开发的模块化夹片式锚具的锚固效率超过90%,有利于锚固设计,降低成本。     

压力型CFRP筋锚杆粘结性能试验研究

为克服粘结型CFRP筋锚杆强度不高、工程质量不好控制等缺点,提出了CFRP筋在岩土锚固中作为压力型锚杆的建议。采用Φ7CFRP光圆筋为拉杆,利用自行研发的灌浆式螺丝端杆锚具及配套使用的环氧砂浆,验证了光圆CFRP筋-锚具的锚固性能,并分析了拉断破坏试件荷载-滑移曲线。研究结论可为多丝光圆CFRP筋在压力型锚杆中的工程应用提供参考。     

非金属锚杆界面粘结强度试验研究

为解决岩土锚固工程中钢锚杆的腐蚀问题,自20世纪90年代起,国外开始采用纤维塑料筋这种非金属锚杆来替代传统的钢锚杆。纤维塑料筋具有抗拉强度高、抗腐蚀性能优良、容重小、热膨胀系数与混凝土和水泥砂浆相似等优点。在国内首次开展了纤维塑料筋锚杆的试验研究,基于63个试件的拔出试验,对纤维塑料筋锚杆与多种环境介质之间的界面粘结强度进行较为系统的研究,研究表明,纤维塑料筋锚杆具有较高的界面粘结强度。这一结论可为纤维塑料筋锚杆在岩土锚固工程中的应用提供依据和参考。     

玻璃钢螺旋锚的现场拉拔试验

回顾了FRP螺旋锚的基本结构型式,介绍现场拉拔试验的设计,完成了无灌浆和灌浆FRP螺旋锚的现场拉拔试验。无灌浆锚杆的最大拉拔力约在10 kN左右,而灌浆锚杆的拉拔力提高到15～20 kN,且拉拔位移较小。拉拔试验结果与现有拉拔力公式的计算值进行比较,并对螺旋锚的结构和施工提出一些改进意见。     

FRP-strengthened RC slabs anchored with FRP anchors

An abundance of tests over the last two decades has shown the bending capacity of flexural members such as reinforced concrete (RC) beams and slabs to be enhanced by the bonding of fibre-reinforced polymer (FRP) composites to their tension face. The propensity of the FRP to debond, however, limits its effectiveness. Different types of anchorages have therefore been investigated in order to delay or even prevent debonding. The so-called FRP anchor, which is made from rolled fibre sheets or bundles of lose fibres, is particularly suitable for anchoring FRP composites to a variety of structural element shapes. Studies that assess the effectiveness of FRP anchors in anchoring FRP strengthening in flexural members is, however, limited. This paper in turn reports a series of tests on one-way spanning simply supported RC slabs which have been strengthened in flexure with tension face bonded FRP composites and anchored with different arrangements of FRP anchors. The load-deflection responses of all slab tests are plotted, in addition to selected strain results. The behaviours of the specimens including the failure modes are also discussed. The greatest enhancement in load and deflection experienced by the six slabs strengthened with FRP plates and anchored with FRP anchors was 30% and 110%, respectively, over the unanchored FRP-strengthened control slab. The paper also discusses the strategic placement of FRP anchors for optimal strength and deflection enhancement in FRP-strengthened RC slabs.     

纤维复合材料自锁式锚具设计及力学性能研究

为有效张拉和锚固环向纤维布,提出一种新型的锚固系统--自锁式锚具,该锚具由锚头、螺栓、螺母和高强纤维布组成,可以根据需要组合成单层纤维布或双层纤维布的张拉锚固装置。自锁式锚具可分为锚头固定式和锚头活动式两种,试验研究表明：锚头固定式锚具不使用黏结胶,适用于对混凝土墩柱进行快速加固,可以对环向碳纤维条带施加20%左右的预应力;锚头活动式锚具工艺简单,可以对环向碳纤维条带施加超过30%的环向预应力,更适用于实际工程。基于试验结果,给出了锚具尺寸和纤维布长度的计算方法,提出了通过扭力扳手对环向纤维布施加和控制预应力的方法,建立了扭矩与环向纤维布中预应力的换算式,并验证了该式的可靠性;分析了环向纤维布张拉过程中锚具的受力机理,理论分析和试验结果表明自锁式锚具具有良好的可靠性和实用性。     

Tensile properties and pullout behaviour of AFRP and CFRP rods for grouted anchor applications

Fiber-reinforced-plastic (FRP) rods have been introduced in the market for grouted ground anchors. The resistance to corrosion and chemical attack, high strength-to-weight ratio, and ease of handling of these rods make them a better alternative to steel tendons in some applications of ground anchors. However, to fully utilise FRP rods as tendons for cement grouted anchors, some aspects of their behaviour have to be determined, including tensile properties, tensile capacity, bond strength in cement grout, long-term strength and durability in alkaline environments. In this paper, the tensile characteristics, bond strength and pullout behaviour of AFRP and CFRP rods embedded in cement grout are discussed. The pullout test program involved four types of rods, four types of cement grouts and three types of anchorage tubes with three bonded lengths. The experimental results have shown that the tensile properties of the FRP rods are close to the manufacturers’ data. The surface geometry of FRP rods, the properties of the filling grout and the stiffness of the host medium (anchorage tube) influence the pullout behaviour, pullout capacity and maximum bond stress of cement grouted FRP anchors.     

后植型FRP束锚固件与砌体材料锚固性能研究

针对FRP束锚固件在砌体材料（实心黏土砖）中的应用进行了研究,相比植入FRP束的混凝土试件,实心黏土砖的体积较小,因此其锚固性能会有明显不同。首先通过拉拔试验对FRP束与实心黏土砖的锚固性能进行了深入研究,分析并总结了相关重要参数对其锚固性能及破坏模式的影响规律。试验结果表明,采用预浸折叠式FRP束能有效提高锚固强度、预钻孔尺寸对锚固强度的影响较为明显。通过对试验结果和现有混凝土锚固强度模型的分析,确定锚固强度和破坏的有效投影面积相关,提出了两个针对FRP束与砌体材料的锚固强度模型,两者均能较准确的预测FRP束与砌体材料的锚固强度。     

抗拔锚杆在某中心湖工程中的应用

设置抗拔锚杆是解决地下室、水池等结构抗浮问题的一个好途径。本文以某工程中心湖抗拔锚杆的设计为基础,分析了抗拔锚杆的设计思路,重点探讨了抗拔锚杆参数的设计、稳定性验算、群锚效应以及群锚效应对单根抗拔锚杆极限抗拔力的影响,为类似工程设计和施工提供了借鉴。     

预应力钢结构锚固节点瞬态温度场分析

根据试验数据,建议了热铸锚填料锌铜合金和冷铸锚填料环氧树脂/钢丸混合物的比热容及导热系数计算公式.基于热传导理论和ABAQUS数值传热模拟平台,进行了ISO834标准火灾下锚固节点截面瞬态温度分布的参数分析.结果表明:随着受火时间的延长,热铸锚杯壁截面温度分布非均匀性逐渐显现,锌铜合金填料的升温速率显著低于锚杯壁;冷铸锚杯壁截面温度分布较均匀,包裹钢丝的填料区域较填料其他区域温度分布非均匀性降低.总体上,锚头沿中心轴的温度分布非均匀性显著,且升温明显滞后于环境温度,无防火保护的情况下锚杯内壁界面处的填料将在较短时间内失效.所提出的热铸锚截面瞬态升温理论计算式,为预应力钢结构锚头抗火承载力验算提供了理论依据.     

碳纤维塑料筋锚杆界面粘结强度试验研究

研制开发了适用于碳纤维塑料(CFRP)筋锚杆的夹片式锚具.在此基础上,通过48个试件的拉拔试验,在国内首次对碳纤维塑料筋锚杆与多种粘结介质之间的界面粘结强度进行了研究.研究表明:碳纤维塑料筋锚杆具有较高的界面粘结强度;碳纤维塑料筋的直径对锚杆粘结强度的影响不明显;当滑移值为0.3~0.4 mm时,碳纤维塑料筋锚杆的粘结应力达到最大,相比之下,钢绞线锚杆的粘结应力最大值发生在滑移值为20 mm左右时.此研究结论为碳纤维塑料筋锚杆在岩土锚固工程中的应用提供了依据和参考.