GFRP抗浮錨桿錨固機理試驗研究與理論分析.pdf

1、玻璃纖維增強聚合物（GFRP）錨桿是一種由樹脂和玻璃纖維復(fù)合而成的新型錨桿，與傳統(tǒng)的鋼筋錨桿相比，它具有比強度高、耐腐蝕性強、介電性好等優(yōu)點，將GFRP材料引入抗浮錨桿體系，能夠克服傳統(tǒng)金屬錨桿存在的地下水腐蝕和電化學(xué)腐蝕等問題，特別適用于地鐵車站抗浮。本文借助于植入式裸光纖光柵傳感技術(shù)進行一系列現(xiàn)場及室內(nèi)試驗，揭示了荷載作用下GFRP抗浮錨桿的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律及黏結(jié)破壞機理，獲得了GFRP抗浮錨桿與地基錨固（內(nèi)錨固）、與底板混凝土錨固

2、（外錨固）的錨固性能及長期荷載作用下的蠕變特征，提出“全變形”的概念，完善了設(shè)計理論和方法。主要工作及研究成果如下:
　　1、通過GFRP抗浮錨桿現(xiàn)場拉拔破壞性試驗，成功地將植入式裸光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用于抗浮錨桿拉拔試驗中，并與鋼筋抗浮錨桿進行對比，研究風(fēng)化巖地基中GFRP抗浮錨桿內(nèi)錨固承載特征、荷載傳遞機制和界面黏結(jié)特性。研究表明:
　　(1) GFRP抗浮錨桿的破壞形式有2種:短錨桿主要發(fā)生砂漿和圍巖界面（第二界面）剪切

3、破壞，長錨桿主要在錨桿桿體和砂漿界面（第一界面）出現(xiàn)剪切破壞，其破壞實質(zhì)是桿體最大剪應(yīng)力處基體材料發(fā)生剪切破壞。
　　(2)錨桿軸力沿深度方向逐漸遞減，并且超過一定深度后桿體不再受力;GFRP錨桿的應(yīng)力傳遞深度比鋼錨桿大，鋼錨桿的軸力沿深度衰減的速率比GFRP錨桿快。剪應(yīng)力的峰值隨荷載增加逐漸增大并向深部移動，但GFRP錨桿的剪應(yīng)力峰值比鋼筋錨桿大，鋼筋錨桿的剪應(yīng)力比GFRP錨桿發(fā)揮早。
　　(3)錨固體介質(zhì)為M32.5水泥

4、砂漿，錨固長度為2.0 m，直徑為28 mm的GFRP抗浮錨桿的極限抗拔承載力約為225 kN。對于直徑為28 mm和32 mm的GFRP抗浮錨桿，第一界面的平均黏結(jié)強度為1.50～1.54 MPa，第二界面的平均黏結(jié)強度為0.32～0.37 MPa，且第二界面平均黏結(jié)強度隨錨桿直徑的增加而增大。
　　(4) GFRP抗浮錨桿的極限抗拔承載力隨錨桿直徑和錨固長度的增加而增大，一般均高于鋼筋抗浮錨桿。中風(fēng)化花崗巖地層中，GFRP抗浮

5、錨桿的合理錨固長度建議取值為3.5～5.0 m。
　　2、將螺母托盤錨具用于抗浮錨桿的外錨固，通過自行設(shè)計的室內(nèi)大型構(gòu)件對拉試驗，研究了不同錨固形式和不同錨固長度的GFRP抗浮錨桿的外錨固性能，對極限荷載作用下外錨固變形量（滑移量）及極限承載力進行了測試。結(jié)果表明:
　　(1) GFRP抗浮錨桿外錨固的破壞形式有2種:錨桿材料強度不足產(chǎn)生劈裂破壞;GFRP錨桿和混凝土界面相對滑移較大，產(chǎn)生拔出破壞。
　　(2)對于直錨

6、筋錨固和螺母托盤錨固的GFRP抗浮錨桿，外錨固長度為30d的極限承載力分別為356 kN、384 kN，比外錨固長度為15d的極限承載力分別提高65.6％、43.8％。對于不同錨固形式、相同錨固長度的GFRP錨桿，螺母托盤錨固的GFRP抗浮錨桿界面黏結(jié)強度比直錨筋錨固形式提高約7.9～24.4％。
　　(3) GFRP抗浮錨桿與混凝土之間的平均黏結(jié)強度隨著外錨固長度的增加而降低，隨滑移量的增大而提高。
　　(4)當(dāng)荷載水平低

7、于200 kN時，直徑為28 mm、混凝土標(biāo)號為C25、外錨固長度為15d、30d的全螺紋GFRP抗浮錨桿，其外錨固變形量均不超過2.5 mm，能夠滿足工程需要。
　　3、通過4根全長黏結(jié)螺紋GFRP抗浮錨桿在長期荷載作用下的拉拔蠕變試驗，研究了GFRP抗浮錨桿抗拔的蠕變力學(xué)模型，計算出模型中的蠕變參數(shù)并對模型的正確性進行驗證。引入時間損傷效應(yīng)的概念，結(jié)合蠕變力學(xué)模型推導(dǎo)出GFRP抗浮錨桿的長期抗拔力。研究表明:
　　(1)

8、 GFRP抗浮錨桿在40％的極限荷載下才會發(fā)生蠕變，且蠕變變形較小。在實際工程中，40％左右的極限荷載能滿足在長期荷載下的抗浮要求。
　　(2) Burgers力學(xué)模型能夠很好地描述GFRP抗浮錨桿的蠕變規(guī)律，模型預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。
　　(3)基于損傷力學(xué)理論，結(jié)合Burgers模型推導(dǎo)了GFRP抗浮錨桿的損傷變量隨時間變化規(guī)律，并由此得到了GFRP錨桿抗拔承載力隨時間的變化規(guī)律，給出的GFRP抗浮錨桿的長期抗拔承