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。     

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。     

两种不同材质抗浮锚杆锚固性能的现场对比试验研究与机理分析

为深入研究中风化花岗岩中以全螺纹GFRP筋材为杆体的全长黏结抗浮锚杆锚固机理及破坏机制,进行了螺纹GFRP抗浮锚杆与螺纹钢抗浮锚杆现场拉拔试验。试验结果表明,GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力高于钢筋抗浮锚杆;相同荷载水平,相同位置处GFRP锚杆的轴力大于钢筋锚杆,钢筋锚杆轴力沿深度衰减的速率比GFRP锚杆快;GFRP锚杆剪应力峰值点较钢筋锚杆更明显,钢筋锚杆的剪应力比GFRP锚杆发挥早,GFRP锚杆的峰值剪应力比钢筋锚杆大;就砂浆与围岩界面的平均黏结强度而言,GFRP抗浮锚杆高于钢筋抗浮锚杆;GFRP抗浮锚杆以杆体材料剪切破坏为主,而螺纹钢锚杆的破坏是锚固体与围岩界面产生剪切滑移破坏。     

螺纹钢与圆钢锚杆工作机理对比试验研究

为深入研究以螺纹钢为杆体的全长粘结砂浆锚杆锚固机理，进行了螺纹钢锚杆与圆钢锚杆对比试验研究。试验结果表明拉拔条件下螺纹钢受力范围相对圆钢小且衰减快；螺纹钢周边浅部粘结物应力水平高于圆钢周边粘结物应力，且其变形破坏更显著：螺纹钢以屈服形式破坏而圆钢则整体拔出。通过试验分析了螺纹钢由于存在螺纹起伏使其与粘结物之间存在明显挤压、剪胀、剪断等作用从而较大地提高了锚固强度。     

不同围岩条件玻璃纤维增强塑料锚杆结构破坏机制现场试验研究

锚杆支护方法在岩体加固工程中应用较为广泛,锚杆作为支护结构的核心应具有足够的安全度和耐久性.由于钢材易腐蚀,钢锚杆的耐久性受到极大的关注.玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆是一种由树脂和玻璃纤维复合而成的新型加固材料,与钢筋锚杆相比,它具有较好的力学性能和耐腐蚀性能.通过现场原型试验,系统分析了不同围岩环境和受力条件下GFRP锚杆的抗拉特性,论证GFRP锚杆使用的适宜性,为GFRP锚杆的推广应用提供了较充分的基础数据.根据现场锚杆结构拉拔破坏性试验,研究了GFRP螺纹锚杆破坏机制和应力应变规律,为GFRP锚杆的工程应用提供了理论依据.试验结果表明,GFRP锚杆结构破坏形式有3种:杆体自由段脆性劈裂破坏、锚杆和砂浆界面剪切破坏及砂浆和围岩界面剪切破坏;GFRP锚杆的锚固机制因围岩风化程度不同而异;锚杆应力应变在锚固体内的传递深度随围岩风化程度的增加而增加;围岩风化程度越高,围岩和砂浆接触面强度较低,随着荷载的增加,围岩和砂浆界面出现剪切滑移破坏.     

砂浆粘结GFRP锚杆试验研究

通过对直径为 2 5mm的GFRP螺纹杆的材性试验和灌浆锚固下的拉拔力测试试验 ,研究了GFRP锚杆的锚固性能。研究表明 ,GFRP螺纹杆的抗拉能力高于同等直径的钢筋 ,但是 ,并没有充分发挥GFRP材料的潜力。从拉拔力试验看到 ,GFRP材料的荷载 -滑移曲线与螺纹钢相似 ;GFRP螺纹杆能承受的最大拉拔力比同直径螺纹钢要小 30 %左右 ,表明一般的砂浆锚固不能充分发挥GFRP的材料优势。     

GFRP锚杆与水泥混凝土粘结性能研究

利用拉拔试验,分别研究粘结长度、筋材直径、螺纹间距、螺纹深度、喷沙量、混凝土强度对GFRP锚杆与水泥混凝土粘结性能的影响,研究结果表明:随着粘结长度的增大,峰值粘结强度有所降低,峰值粘结强度对应的加载端滑移呈先增大后线性减小趋势;GFRP锚杆直径增大,GFRP锚杆与混凝土的粘结强度有所降低,峰值粘结强度对应的滑移值增大;当螺纹间距≤1.0d时,对控制滑移位移有较明显的作用,但对峰值粘结强度的影响不显著;随着螺纹深度的增大,GFRP锚杆的峰值粘结强度、加载端峰值滑移先增加,后略有下降;当GFRP锚杆经表面喷砂处理后,粘结强度有所增加,且粘结强度峰值对应的自由端滑移较小;混凝土强度对GFRP锚杆的粘结性能、粘结强度峰值自由端滑移量的影响较小。     

全螺纹GFRP筋与混凝土粘结应力分布模型

对用于GFRP锚杆的几个粘结应力分布模型进行了对比分析,指出了其适用范围.并对实测全螺纹GFRP筋与混凝土粘结应力分布特性进行了分析,在此基础上,通过理论分析提出了包含滑移段和未滑移段的两段式的粘结应力简化分布模型.通过模型与试验的对比,模型应力分布与试验应力分布较为吻合.     

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。     

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25mm、灌浆体强度M30、锚固长度1.3和0.55m的GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力分别为255、195kN,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2.41~5.10MPa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。