GFRP与钢筋抗浮锚杆承载特性试验研究

为深入了解GFRP锚杆的锚固特性,研究了GFRP抗浮锚杆代替传统钢筋锚杆用于地铁抗浮工程的可行性,以解决地铁抗浮中杂散电流对金属锚杆的锈蚀,满足永久性抗浮的要求。本课题组在前期对钢筋锚杆通过粘贴应变片进行杆体应力测试的基础上,又对植入光纤光栅传感器的GFRP锚杆进行现场拉拔试验,进一步研究GFRP锚杆的锚固机理与杆体应力分布。对比分析了钢筋锚杆与GFRP锚杆的破坏形态和杆体轴向应力与黏结应力分布规律的异同。分析认为:GFRP抗浮锚杆的破坏形态与钢筋锚杆有所不同,二者的轴力与剪应力的总体分布规律相似,但轴力和剪应力沿锚固深度的衰减速率和同级别荷载下相同深度处的应力水平有所差异;GFRP抗浮锚杆的锚固承载力可达到钢筋抗浮锚杆的水平且锚头位移可满足工程要求。     

基于局部变形假定的锚固类结构锚固段剪应力分布研究

根据模型试验所得锚杆体轴应变试验结果,在局部变形假定的基础上,通过简化假设,推导了全长粘结锚杆锚固段受力的理论解和锚杆体轴力和第一、第二界面剪应力分布解析公式.研究分析了不同强度类型介质中锚固类结构内锚固段应力、轴力及交界面的剪应力传递、衰减规律,探讨了介质强度对锚固段剪应力的影响,并将其与模型试验结果进行了对比分析....     

软岩隧道中锚杆与岩体的相互作用模型研究

采用改进的剪应力滞后模型,对软岩隧道中锚杆的作用机理提出了一种分析方法,根据应力-应变关系分析锚杆和岩体之间的联合作用机理.应用于工程实例,根据现场监测数据及数值模拟分析,验证通过该模型计算所得的轴向应力的正确性,并确定不同锚杆长度的中性点位置,验证了软岩锚固中性点的存在,指出软岩隧道锚杆支护设计中应注意锚杆与岩体的相互作用.     

夯土-水硬石灰与石英砂浆液-木锚杆锚固系统性能

运用室内物理模型试验和原位试验,对基于水硬石灰与石英砂浆液的木锚杆锚固系统在夯土介质中进行了拉拔测试与杆体-浆体界面应变监测,研究了该锚固系统的锚固性能与破坏模式、杆体-浆体界面剪应变分布与传递特征。试验结果表明,该锚固系统50 cm 锚固长度可以提供30～45 kN（室内）与16．2～19 kN（现场）的极限锚固力;锚固系统具有较强的延性;在加载进程中杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有单峰值或双峰值分布、界面应力向锚固末端传递、压应力出现在锚固段中末端等特征,表现出复杂的受力特性。研究结果表明,该锚固系统在结构形式和力学性能上适合于夯筑土遗址加固,并与遗址体具有较好的兼容性。     

端锚可回收锚杆锚固段力学特征研究

在对端锚可回收树脂锚杆和普通树脂金属锚杆结构分析的基础上,提出两种分析锚杆锚固段的力学模型;采用有限元数值分析软件对两种锚杆模型进行非线性分析,获得锚杆锚固段上剪应力和正应力的分布规律。然后,通过电测试验测量锚杆钻孔壁上的轴向应变,初步发现该应变的变化特性。最终揭示端锚可回收锚杆锚固段与围岩接触面上的应力分布规律:剪应力τ在钻孔底部附近取得最大值,自孔底向孔口方向递减;正应力σ也在孔底附近取得最大值,且表现为压应力,同样沿孔底至孔口方向递减。     

复杂环境条件下超深岩质基坑试验研究

结合某超深岩质基坑工程实例(基坑深度最大33.20m),通过原位大型岩体直剪试验、锚索锚固段应力分布试验及锚杆(索)现场拉拔试验,获得岩土体和锚杆(索)指标力学性能参数值,作为进一步指导基坑支护设计施工的重要依据.试验结果表明:锚索锚固段应变在起始端最大,随锚固段长度的增加迅速衰减,呈近双曲线型分布;锚索预应力损失在锁定后0～15d内偏大,后期趋于平稳;锚人稳定岩层的锚杆(索)整体蠕变率偏低.最后,通过数值模拟和现场监测进一步验证了支挡结构体系的有效性.     

软弱围岩隧道锁脚锚杆受力特性及其力学计算模型

锁脚锚杆在软弱围岩隧道中应用非常广泛，为了研究其受力特性，以包茂线西康高速公路包家山特长公路隧道为依托，采用现场试验的方法，对典型断面锚杆轴向应力进行测试，结果表明：拱部锚杆受力较小，最大应力仅为锚杆极限应力的11.5%，作用不大；锁脚锚杆受力较大，最大应力达到锚杆极限应力的55.4%，作用很大；锁脚锚杆受长度和角度限制，不能发挥锚固作用。在分析其受力特性的基础上，采用结构力学和弹性地基梁的方法，建立了钢架和锁脚锚杆力学计算模型。应用该模型对隧道测试断面处的锁脚锚杆受力进行了分析计算，给出了锁脚锚杆弯矩分布图。根据弯矩推算锚杆应变值，并与实测值进行对比，结果表明：实测值和计算值规律一致，在距离孔口最近位置处锚杆应变最大，随着距离孔口距离增大，应变逐渐变小。     

弹塑性围岩砂浆锚杆支护问题的估算法

本文从现场量测资料出发,拟定锚杆应变深度曲线的数学模型,据此求解锚杆的应力与位移。将锚杆对围岩的反力简化为轴对称径向体积力,根据莫尔-库仑屈服条件求解锚固区径向应力。将锚固区视为承载结构,按照传统支护的围岩变形公式确定锚杆支护的围岩变形。以轴对称解为基础,考虑围岩的周向非均匀变形,从锚杆与其轴线处围岩的应力应变关系入手,建立锚杆与围岩的变形协调条件,提出了求解砂浆锚杆支护问题的基本方程。     

GFRP锚杆粘结特性研究

通过GFRP锚杆与水泥砂浆之间的粘结强度试验,研究了GFRP锚杆的锚固特性,采用理论分析方法研究了GFRP锚杆表面沿锚固长度方向的应力分布,获得了锚杆轴力和粘结应力沿杆长的分布规律,并采用数值模拟方法对结果进行了验证。     

拉力型土工布加筋复合锚杆锚固界面应力传递试验分析

土工布复合锚杆是一种可应用于松散地层锚固工程的新型锚锭结构。以某滑坡治理工程为平台,开展了拉力型土工布加筋复合锚杆锚固体与破碎岩土体界面间应力传递规律的实测研究。现场试验结果表明,土工布的加筋鼓胀作用调整了锚固体与破碎岩土体接触界面的应力分布,土工布加筋复合锚杆锚固段近端存在稍长的应力协调缓冲段,随着荷载增大,黏结应力峰值向锚固段深部转移的现象不明显;实测破碎岩土体中拉力型土工布加筋复合锚杆主要抗力区域分布在3.0~13.0 m之间,即有效锚固体长度以不超过15 m为宜,过长的锚固长度对提高锚杆抗拔力意义不大;在松散破碎岩土体中应用土工布加筋复合锚杆技术能起到提高锚固力与节约成本的双重作用。     

外露式钢柱脚受剪性能试验研究

以轴力和锚栓数量及其布置形式为参数,对4个外露式钢柱脚试件进行了水平往复加载试验,对其受剪性能及受剪机制进行分析。当柱脚所受轴力为压力时,柱脚的剪力由其与基础顶面间的静摩擦力传递给基础,且柱脚弯矩对其受剪承载力有提高作用。当柱脚所受轴力为拉力时,柱脚底板与基础表面间分离,柱脚在水平荷载作用下发生滑移,此时锚栓参与承担水平力,但其承担水平力的能力较小。柱脚受弯承载力随着柱脚锚栓数量的增加而增大。当锚栓数量从4个增加到6个时,柱脚受弯承载力增加了12%,耗能能力增加了20%。配置相同数量锚栓柱脚的滞回行为随着锚栓布置方式的不同也有所改变。将锚栓布置在沿加载方向的最外侧时,可以最大程度地利用每个锚栓的承载力。因此,在设计外露式柱脚时需要考虑锚栓布置方式,以便充分利用锚栓的受拉性能。     

拉压耦合大变形锚杆作用机理及其试验研究

在高应力作用下,围岩发生大变形破坏的现象非常普遍,硬岩常常产生严重的岩爆灾害,软岩则会表现出挤压大变形问题,严重影响深部工程安全。在这种条件下采用的支护体系不仅要具有较高的承载力,而且要能够适应较大的围岩变形而本身不发生破坏。提出了一种拉压耦合大变形锚杆,并详细介绍了它与围岩之间的相互作用机理。新型锚杆通过改善锚固结构,优化锚杆受力状态,提高了锚固结构的极限承载力,使锚杆杆体的变形性能得到充分的发挥,避免了传统锚杆因杆体不均匀变形导致的破坏问题。因而,高应力大变形条件下新型锚杆的锚固性能更优,更有利于保持围岩稳定。室内实验研究证实,在同等条件下拉压耦合锚杆的极限承载力明显大于传统锚杆,并且具有良好的大变形特性。针对矿山深部开采中遇到的软岩大变形和硬岩岩爆等灾害,新型锚杆将实现更优的加固效应。     

基于BOTDR的锚杆拉拔试验研究

对锚杆应力分布状态的监测一直是岩土锚固工程中的难题之一。针对基于布里渊光时域反射计分布式光纤传感技术的特点设计了传感光纤的布设方案及安装工艺;结合锚杆拉拔试验,分析了这一技术用于锚杆应力状态监测的可行性。结果表明:基于BOTDR的分布式光纤传感技术具有结构简单、易于布设安装和测量范围大的优点,可以直观地得到锚杆在各级荷载下锚杆的通体应力、应变分布特征,试验中获得的多项测试数据的规律性都较好,该技术在锚杆应力应变分布状态的长期监测中具有广阔的应用前景。     

拉力型锚索各锚筋受力不均匀现象试验研究

采用同步张拉、单拉及整体张拉法,在3个场地的基坑工程进行了65组土层拉力型锚索试验,结果表明,锚索整拉时:(1)锚筋数量较少或黏结长度较短时,锚筋实际抗拉力或浆筋极限黏结力偏低是受力不均匀的重要原因;(2)锚索在正常使用及承载能力极限状态下,均普遍存在着受力严重不均匀现象,明显降低了锚筋极限承载能力。锚筋受力变异系数0.15,或相对极差30%且偏离度20%,可作为判断严重不均匀程度的定量指标;(3)锚筋刚度系数具有很大的随机性及不确定性,大体上随着筋体自由长度的减短或受力的增加而增加;(4)锚筋随着受力增加,受力不均匀程度普遍增加,但严重程度下降;(5)锚筋数量越多,受力越均匀;(6)锚筋极限抗拉力可取标准值的0.8倍;(7)预张拉及提高预紧力不能改善锚筋受力不均匀程度,同步张拉是最佳改善方法。     

压力分散型回收式锚索的设计与施工

压力分散型回收式锚索是由若干个单元锚索组成 ,该类锚索可以有效调用地层强度 ,显著提高锚索的承载力 ,并能在其使用功能完成后实现对锚索体的全部回收。本文通过现场试验 ,对该类锚索的传力机制和工作特性进行了研究 ,并对其设计方法与施工工艺进行了探讨     

Tragverhalten von risstauglichen Verbundspreizdübeln in Beton

Behavior of Bonded Expansion Anchors in Cracked and Non-Cracked Concrete In recent years bonded expansion anchors were developed by anchor manufacturers to offer a suitable high performance adhesive anchoring system for cracked concrete. They consist of a special anchor rod with one or several cones and an adhesive mortar. In the current paper different types of bonded expansion anchors, their functional principles and their load bearing behavior in cracked and non-cracked concrete are presented. Environmental influences on the behavior of bonded expansion anchors (temperature, freeze-thaw cycles and durability) are discussed. The evaluation of measured failure loads of bonded expansion anchors under tension loading in cracked and non-cracked concrete shows that bonded expansion anchors may reach failure loads that are considerably higher than the failure loads calculated according to the CC-design concept for metal expansion anchors.     

钢柱脚锚栓的设计方法

对国内外柱脚锚栓设计方法进行了回顾和比较，对单个锚栓的破坏模式和承载力进行了总结。比较发现，与我国不允许锚栓参与抗剪的规定相反，欧美国家都允许锚栓参与抗剪；在锚栓抗拉强度设计值的取值方面，欧美等国将锚栓的强度设计值取与普通螺栓或与制作螺栓的材料相应的强度设计值，而我国规范取值则在普通螺栓已经较低的基础上再打8折。本文还对已知柱脚截面内力计算锚栓拉力的方法进行了总结和比较，并依据塑性力学的上下限定理进行了评论。在总结的基础上建议了单个锚栓的设计准则和锚栓拉力的计算方法。     

Zum Tragverhalten von Ankerschienen unter ermüdungsrelevanten Einwirkungen

Loading behaviour of channel anchors under fatigue loads. Results of experimental research of the loading behavior for warm formed channel anchor profiles 38/23 with correspondent fixing bolts under the application of fatigue loads are presented. Channel bars embedded in concrete as well as channel configurations with minimum end spacing were investigated with regard to the influence of the fatigue resistance. Interaction relations are developed from fatigue tests with vertical loads and diagonal forces transverse to the channel direction. Based on tests with pulsating repeated loads at different load levels including zero lower loads, the actual approved fatigue design method of the channel anchor system will be compared with a proposal for fatigue design of metal anchors. The reported investigations were initiated from formulations of questions subsequent to the approval procedure for the 38/23 channel anchor system.     

钢结构拉弯柱脚圆、环形底板锚栓的优化设计

在受拉和受弯共同作用下,考虑所用材料的线弹性性质以及多个锚栓的作用,采用理论公式和迭代法,对具有圆形、环形底板的钢结构拉弯柱脚的锚栓设计进行了优化。     

全螺纹GFRP黏结型锚杆锚固性能试验研究

 通过全螺纹GFRP锚杆的改进拉拔试验,测试与分析全螺纹GFRP锚杆在锚固工程中与岩体的黏结性能,并推导出GFRP锚杆的锚固承载力设计公式,给出GFRP锚杆锚固设计各参数的确定方法,以便于全螺纹GFRP锚杆在工程中的应用。试验测试项目包括砂浆强度、锚固长度、锚杆直径等对于全螺纹GFRP锚杆锚固力的影响,以及GFRP锚杆杆体黏结应力分布。测试发现：锚固力随砂浆强度、锚固长度、锚杆直径的增大而增大;黏结强度则随砂浆强度等级增大,但随锚固长度和锚杆直径的增大而减小。分析认为：采用全螺纹GFRP锚杆进行工程锚固时,全螺纹GFRP锚杆的直径可取12～32 mm,锚固长度应大于20倍的锚杆直径,锚固砂浆的强度等级为M15以上。