玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆荷载传递机理及锚固特性研究

发布时间：2020-08-12 12:53

【摘要】：由于钢筋的耐腐蚀性较差,钢筋抗浮锚杆耐久性在富含腐蚀性离子的地下环境中受到质疑,玻璃纤维增强聚合物(GFRP)抗浮锚杆以其优良的介电性及耐腐蚀性成为传统钢筋锚杆的最佳替代品之一。本文借助光纤光栅传感测试技术,通过理论推导及试验研究等方式,深入研究了GFRP抗浮锚杆内锚固段的应力沿锚固深度分布规律、锚固体内荷载传递规律、锚头位移规律、临界锚固长度预测以及外锚固段的直锚、弯曲GFRP抗浮锚杆的承载性能、位移规律,为GFRP抗浮锚杆的推广应用提供了理论及实践参考。主要研究内容如下:1.基于荷载传递理论与Kelvin问题的位移解,推导出抗浮锚杆杆体的轴力、剪应力沿锚固深度的分布函数,并与GFRP抗浮锚杆拉拔试验结果进行对比,对比结果表明:(1)该理论方法求得锚杆杆体轴力、剪应力分布函数曲线形式上与试验结果相似,证明了该方法的可行性,但由于锚固体的不均匀性以及孔口附近锚杆杆体与锚固体的脱黏效应,造成实际锚杆杆体轴力及剪应力曲线主要分布范围较大,实际试验剪应力峰值低于理论剪应力峰值,且锚杆杆体剪应力及轴力分布曲线主要分布范围大于理论函数曲线的误差。(2)为减小试验结果与理论值之间客观存在的误差,提出固定脱黏长度下的平均剪应力衰减法及下移弹性段起点的方法对理想条件下的轴力及剪应力分布函数进行修正,修正后轴力及剪应力分布理论曲线与实际试验结果吻合度大大提高。2.利用光纤光栅传感技术成功监测拉拔荷载作用下GFRP抗浮锚杆不同横截面轴应力及不同轴向界面剪应力分布情况,并进一步分析了锚固体内荷载传递规律及锚头位移变化规律,试验结果表明:(1)发生杆体断裂破坏的GFRP锚杆破坏荷载高于同型号发生滑移破坏的锚杆;发生滑移破坏的锚杆的荷载-位移曲线在拉拔中后期产生“上扬”现象,位移量明显高于同型号发生断裂破坏试验锚杆;增加杆体直径可有效提高锚杆承载力并限制其位移。(2)发生滑移破坏的锚杆杆体、锚固体荷载-位移差曲线高于同型号发生断裂破坏的锚杆;增加杆体直径有助于降低杆体、锚固体的位移差。(3)GFRP抗浮锚杆内锚固段各轴向界面轴应力沿锚固深度呈“倒S型”分布,剪应力沿锚固深度先增大后减小,在临界锚固长度附近减小至零,剪应力在锚固体内沿斜向上方向从第一界面传递至第二界面。(4)利用锚杆剪应力简化分布模型计算得到的锚杆、锚固体荷载-位移差曲线满足锚杆使用要求,且理论值与发生滑移破坏的试验锚杆位移差吻合度较高。3.基于理想同心薄壁圆柱体剪切模型及抗浮锚杆剪应力分布简化模型,推导出GFRP抗浮锚杆的临界锚固长度解析式。通过对比实际试验结果及现象,验证了解析计算方法和基本假设的合理性,此外还得到以下认识:(1)在进行GFRP抗浮锚杆设计时,可将理论临界锚固长度的2/3作为锚杆设计锚固长度参考值,有助于在保证承载力的前提下尽可能提高锚杆材料利用率,节约成本。(2)增大锚杆杆体与岩土体弹性模量比值和杆体半径可提高GFRP抗浮锚杆的临界锚固长度,具有一定实用价值。4.将不同形式钢筋及GFRP抗浮锚杆锚固于倒置混凝土底板中,通过拉拔试验探讨GFRP抗浮锚杆杆体的外锚固性能,试验结果表明:(1)弯曲处理可以有效解决钢筋锚杆在混凝土底板中锚固长度不足的问题,但由于GFRP抗浮锚杆弯折处材料力学性能不佳,导致弯折处理后的GFRP抗浮锚杆承载性能有所下降,且弯折长度越长,承载力下降越显著。(2)锚固长度越长,GFRP锚杆极限承载力越大,该现象可用锚杆传力机理合理解释,同时引入试验锚杆的广义效率系数加以验证。(3)弯曲处理可以限制钢筋及GFRP锚杆杆体在混凝土中的位移,有效降低锚杆的滑移量,弯折长度越长,位移限制效果越明显;此外,锚固长度越长,GFRP锚杆杆体的滑移量越小。(4)引入抗浮锚杆弯曲处理影响系数,进一步阐明弯曲处理不利于GFRP抗浮锚杆承载力的提升,但由于弯曲处理可有效限GFRP制抗浮锚杆在混凝土底板中的位移,因此,有必要进一步研究确定GFRP抗浮锚杆的最优弯折形式。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU476
【图文】：

图 2.8 锚固体开裂Fig. 2.8 Concrete cracking置较深的现象可通过另一种方法解释：式（2.18）形式，即深度为 x 的杆体轴力等

图 3.4 传感器串安装后锚杆杆体（锚杆 G-28-6.5-1）or body after the installation of FBG sensor string（ancho

锚杆破坏

【参考文献】

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本文编号：2790562