岩石GFRP抗浮锚杆承载性能室内试验与机理分析

基于4根岩石GFRP抗浮锚杆的室内足尺拉拔破坏性试验,探讨了风化岩地基中全长黏结GFRP抗浮锚杆的界面黏结特性和承载性能,揭示了GFRP锚杆的细观破坏机理。结果表明：GFRP抗浮锚杆发生拔出破坏,主要是由螺纹表面劣化所引起的剪胀破坏;直径25 mm、灌浆体强度M30、锚固长度1.3和0.55 m的GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力分别为255、195 kN,满足工程抗浮要求;GFRP抗浮锚杆杆体与灌浆体界面平均黏结强度介于2.41~5.10 MPa之间,高于《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086—2015）中钢锚杆与灌浆体的黏结强度推荐值。     

粘结式GFRP锚杆边坡锚固机理与实用设计方法

研究了粘结式GFRP锚杆的荷载传递机理与岩石边坡加固机理,提出了GFRP锚杆设计的原则、设计主要内容与流程、结构设计基本方法,并将之应用于工程实践.研究结果表明：GFRP锚杆的荷载传递取决于GFRP筋与砂浆之间的粘结性能,GFRP锚杆黏结力主要由化学胶结力、握裹力、机械交合力与机械锚固力组成,光圆锚杆与变形锚杆的粘结性能存在较大的差异;锚杆通过悬吊锚固、改变岩体应力状态、组合梁作用、阻滑抗剪等作用加固岩石边坡;由于GFRP锚杆对横向荷载有较强的敏感性,应加强对端部锚具的设计,建议采用钢套粘结式和楔形粘结式锚具.     

GFRP锚杆锚固机理试验研究

为了深入研究GFRP锚杆的锚固机理,模拟实际情况制作了试验模型,进行了拉拔试验.通过对实验结果的分析和研究,获得了砂浆粘结GFRP锚杆在拉拔条件下沿杆体的轴力和剪应力分布规律以及随荷载增大的演化过程,对荷载传递的机理进行了讨论,可为同类研究参考.     

砂浆粘结GFRP土钉抗拔承载力室内试验研究

为探索GFRP筋代替钢筋用作土钉抗拉材料的可行性,自制了试验模型箱,通过室内拉拔试验,探讨了拉拔过程中砂浆粘结GFRP土钉钉头位移的变化情况以及极限抗拔力随上覆压力的变化规律.试验结果表明.砂浆粘结GFRP土钉的拉拔特性类似于砂浆粘结钢筋土钉,且钉头位移和拉拔荷栽之间的关系可用双曲线来描述.此外,在进行土钉抗拔承裁力计算时,对密实填土宜考虑钉土界面处的剪胀效应.     

BOTDR技术监测GFRP锚杆应变的试验研究

为掌握玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆的变形特性,采用布里渊光时域反射测量计(BOTDR)技术,对沿光纤的轴向应变进行分布式监测,得到试验锚杆通体的轴向应变.阐述了BOTDR技术的工作原理以及对GFRP锚杆的张拉应变监测试验过程.试验结果表明:光纤能与锚杆同步变形,BOTDR技术对锚杆体轴向应变的监测效果好,可以替代传统的锚杆应变计.     

GFRP抗浮锚杆与混凝土底板黏结特性现场试验

采用倒置的混凝土底板开展GFRP抗浮锚杆与其黏结性能的现场试验,探究实际工程中GFRP抗浮锚杆在混凝土底板中的受力特性,并测量GFRP抗浮锚杆与混凝土底板的相对滑移.结果表明:GFRP抗浮锚杆主要发生剪切滑移与拔断两种破坏形态,GFRP抗浮锚杆的弯折长度越大,其破坏荷载和极限抗拔承载力越小;直径28 mm的GFRP抗浮锚杆的弯折影响系数为0.56～0.89,弯折处理后GFRP抗浮锚杆的滑移量比未经弯折的滑移量小;未弯折与弯折处理后的GFRP抗浮锚杆相比,锚杆与混凝土的平均黏结强度提高1.6倍,锚杆杆体与混凝土底板的平均黏结强度随弯折长度的增加呈线性减小的趋势;通过将锚杆弯折或增加锚杆弯折长度的方法来提高GFRP抗浮锚杆与混凝土底板的抗拔承载力不可行,建议采取增大锚杆直径、增加混凝土底板厚度和增设应力扩散托盘等措施.     

GFRP抗浮锚杆在基础底板中的锚固性能现场试验研究

通过现场拉拔破坏性试验,测得不同直径的GFRP抗浮锚杆在基础底板内的极限承载力和滑移量,并与实际工程中不同形式的钢筋抗浮锚杆作比较,分析其承载性能和粘结特性。研究表明,在相同的混凝土强度与养护条件下,相同直径的GFRP抗浮锚杆的极限承载力、平均粘结强度与钢筋抗浮锚杆相比较高,且GFRP抗浮锚杆的变形能够满足实际工程需求,充分验证了GFRP材料用作抗浮锚杆的先进性与合理性。基于试验结果与理论分析,给出了GFRP抗浮锚杆与基础底板的最佳锚固面积,并提出了计算公式。     

GFRP锚杆加固顺层岩质边坡的机制研究

由于传统钢筋锚杆存在易腐蚀、耐久性差等缺点,GFRP(玻璃纤维增强复合材料)锚杆得到了高度重视。然而,GFRP锚杆的弹性模量小且抗剪强度低,故其加固顺层岩质边坡的机制仍需进一步研究。考虑顺层岩质边坡的顺层滑移破坏模式,基于Winkler假定和锚杆荷载传递机理对边坡岩体与锚杆的相互作用机制进行理论分析,建立剪切位移作用下锚杆的力学模型,并对其进行验证。基于此,结合GFRP锚杆的物理力学参数(如弹性模量、抗剪强度等),考虑坡体剪切位移、锚杆与潜在滑面夹角及岩体无侧限抗压强度等影响因素,分析GFRP锚杆加固顺层岩质边坡的机制。结果表明:1)当锚杆与潜在滑面夹角为45°时,硬岩中坡体较小的剪切位移导致GFRP锚杆发生剪切屈服;软岩中坡体产生较大的剪切位移时,GFRP锚杆发生受拉屈服。2)当锚杆屈服时,GFRP锚杆在加固不同抗压强度的岩体时提供的抗力差异较大,加固软岩时抗力最大;随着岩体无侧限抗压强度增大,GFRP锚杆提供的抗力逐渐变小;相比而言,钢筋锚杆在加固不同抗压强度的岩体时提供的抗力大小基本接近。3)硬岩中,锚杆与潜在滑面夹角对GFRP锚杆抗力的影响较大,夹角越小,抗力越大;软岩中,锚杆与潜在滑面夹角对GFRP锚杆抗力的影响较小;当夹角为5°～60°时,GFRP锚杆均能提供较大抗力。研究结果为岩质边坡锚固研究及工程应用提供参考。     

玻璃纤维增强塑料锚杆粘结性能研究

为了研究玻璃纤维增强塑料GFRP(glass fiber reinforced plastic)锚杆的粘结性能,对GFRP锚杆轴向传力机理进行了研究,基于Mindlin位移解,得到GFRP锚杆的剪应力和轴应力的计算公式。利用MATLAB软件编制程序得到GFRP锚杆的剪应力及轴力沿杆体轴向方向的分布曲线。通过现场拉拔试验结合有限元分析软件ANSYS建模分析结果,得到了GFRP锚杆的剪应力、轴力沿杆体分布规律以及锚杆的粘结-滑移曲线,试验值与有限分析结果及理论计算值基本吻合,验证了有限元分析与理论推导的准确性。该研究为GFRP锚杆的设计和工程应用提供理论依据。     

CFRP锚杆与环氧树脂的耐久性试验研究

基于36根CFRP锚杆与36个环氧砂浆试块酸、碱、盐3种不同环境下的加速老化试验,对CFRP筋及环氧树脂粘结剂的物理性质及两者力学性能变化进行同步试验研究分析,并分析锚固段界面断裂能在不同环境下随腐蚀时间变化趋势。结果表明:CFRP锚杆、环氧砂浆在酸碱盐腐蚀情况下物理性质、强度、弹性模量、延伸率等变化都不大;经腐蚀后粘结滑移量增大50%以上、粘结性能相对影响较大;与酸、盐腐蚀情况相比,CFRP锚杆与环氧砂浆本身及两者间的粘结性能,对碱性腐蚀更为敏感;界面断裂能在碱性环境下腐蚀60d时增加值高达123.8%,90d时增长速率有所降低。研究表明不同环境腐蚀不同时间对CFRP锚杆耐久性能具有较大不同。     

Experimental and numerical studies on progressive debonding of grouted rock boltsOA

Understanding the mechanism of progressive debonding of bolts is of great significance for underground safety. In this paper, both laboratory experiment and numerical simulation of the pull-out tests were performed. The experimental pull-out test specimens were prepared using cement mortar material, and a relationship between the pull-out strength of the bolt and the uniaxial compressive strength(UCS) of cement mortar material specimen was established. The locations of crack developed in the pul...     

拉挤GFRP管材与钢管连接的拉伸试验研究

拉挤型GFRP管材节点的可靠连接是保证其正常工作的前提。为研究其拉伸连接性能,采用胶接连接和螺栓连接两种连接方式对GFRP管材与钢管连接件分别开展了拉伸试验研究。在胶接连接试验中,研究了胶层剪应力沿长度方向的分布特征、受力机理及失效过程、胶接长度对承载力影响等。试验结果表明：胶层剪应力在加载初期沿长度方向呈现两端大、中间小的分布特征,高应力发生在胶接端,并随荷载上升逐步往加载端胶层转移;胶接长度的增加能显著提高连接构件承载力,但当长度达到管径的1.6倍后,继续增加胶接长度对承载力的提升并不大,故可考虑将1.6倍管径作为GFRP管材的有效胶接长度。在螺栓连接试验中,研究了e/d（端距/栓径）、螺栓排数n对连接承载力及破坏模式的影响。试验结果表明：当e/d=7时,承载力达到最大值,破坏形式以挤压破坏为主;根据螺栓排数n与承载力的关系,可以推导相应折减系数来计算承载力。     

Parametric study on the axial performance of a fully grouted cable bolt with a new pull-out test

Modified cable bolts are commonly used in underground mines due to their superior performance in preventing bed separation when compared with plain strands. To better test the axial performance of a wide range of cable bolts,a new laboratory short encapsulation pull test(LSEPT) facility was developed. The facility simulates the interaction between cable bolts and surrounding rock mass,using artificial rock cylinders with a diameter of 300 mm in which the cable bolt is grouted. Furthermore,the joint where the load is applied is left unconstrained to allow shear slippage at the cable/grout or grout/rock interface.Based on this apparatus,a series of pull tests were undertaken using the MW9 modified bulb cable bolt.Various parameters including embedment length,test material strength and borehole size were evaluated. It was found that within a limited range of 360 mm,there is a linear relationship between the maximum bearing capacity of the cable bolt and embedment length. Beyond 360 mm,the peak capacity continues to rise but with a much lower slope. When the MW9 cable bolt was grouted in a weak test material,failure always took place along the grout/rock interface. Interestingly,increasing the borehole diameter from 42 to 52 m in weak test material altered the failure mode from grout/rock interface to cable/grout interface and improved the performance in terms of both peak and residual capacity.     

玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴压徐变性能

为研究玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压下的徐变性能,对空心柱轴压下的受力特性进行分析,建立了适用于玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压徐变公式.编制轴心受压荷载作用下徐变分析程序计算徐变应变与时间关系曲线,并通过已有试验对该程序的正确性进行验证.在程序正确性的基础上,计算空心率、混凝土强度、作用荷载及玻璃纤维管壁厚等主要参数对...     

An analytical analysis for the mechanical performance of fully-grouted rockbolts based on the exponential softening modelOA

This paper presented a novel bond-slip model to better reveal the mechanical behavior of the bolt-grout interface for fully-grouted rockbolts under tensile loads by considering the non-linear response in the softening stage. The exponential decay function is adopted for describing the non-linear response in the softening stage. Based on the improved bond-slip model, the corresponding analytical solutions for the interfacial shear stress and the axial force of the bolt under different loading sta...     

端部锚固对温度作用下CFRP-混凝土界面黏结行为影响

为了明确端部锚固措施对碳纤维复合材料(CFRP)-混凝土界面黏结行为的影响,采用解析理论手段建立了温度作用下端锚CFRP-混凝土界面剥离全过程理论模型.结合常温界面黏结理论,引入双线性黏结-滑移本构,推导了界面滑移、界面剪应力以及CFRP正应力分布表达式,给出了界面荷载-滑移响应及界面剥离承载力模型,通过与试验和数值结...     

疲劳荷载作用下植筋锚固粘结的滑移性能

为研究疲劳荷载对植筋拉拔承载力、粘结应力的影响,设计植筋直径为16~25 mm、锚固深度为10d~25d（d为植筋直径）的10组拉拔试件进行疲劳试验,试件经200万次荷载上限为0.45P_u的疲劳加载后均未破坏,施加静载至破坏。加载过程中测量植筋的应变、滑移和荷载。结果表明：疲劳荷载削弱了承载能力,试件经疲劳荷载作用后极限承载力下降,粘结应力的减小随循环加载次数增加呈对数发展趋势。分析了粘结应力与试件破坏形态的关系。对于拔出破坏的试件,达到一定植筋深度后,胶筋界面的粘结应力是控制试件破坏与否的主要因素。增加植筋直径和锚固深度,粘结应力峰值逐渐降低,沿锚固长度的应力分布曲线趋于平缓,提高了植筋整体受力性能。