GFRP型材加固混凝土梁的抗弯承载能力试验研究

文中进行了GFRP型材加固RC梁的四点弯曲试验.结果表明:在加固梁端部两侧全高度粘贴碳纤维(CFRP)布可以防止箱型GFRP型材与RC梁之间的剥离破坏,该梁端锚固方式下加固RC梁的承载能力相比RC梁提高了1倍;在加固梁端部截面缠绕一层CFRP布可以防止H字型GFRP型材与混凝土梁之间的剥离破坏,该梁端锚固方式下加固RC梁的承载能力相比RC梁提高了50%.采用试验梁的数据评估现有规范公式的适用性,发现现有规范不能准确预测GFRP型材加固RC梁的抗弯承载能力.

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)锚杆在岩土锚固中的研究现状与展望

GFRP锚杆具有自重轻、抗拉强度高、耐腐蚀能力强、绝缘性好等特性,并具备易切割、不产生火花、价格低廉、工艺成熟且性价比高等优势,可作为钢质锚杆的替代品。基于当前GFRP锚杆的研究成果,阐述了GFRP锚杆的研究发展历程,分析了GFRP锚杆的材料特点、支护理论及工作原理,总结了GFRP锚杆的力学试验研究成果,分析了GFRP锚杆研究目前存在的问题,为GFRP锚杆的后续研究及发展提出了合理化建议。

基于GFRP筋与钢绞线复合式锚杆支护施工的关键技术研究

为解决钢绞线锚杆不易切割、不耐腐蚀及大直径GFRP筋锚杆锚固困难的问题,充分结合钢绞线锚杆和GFRP筋锚杆的各项优点,提出了一种新型GFRP筋-钢绞线复合式锚杆支护结构,并对复合式锚杆支护施工的关键技术进行了研究。首先介绍了复合式锚杆的构造,通过GFRP筋-钢绞线双螺母式连接器的静载试验验证了复合式锚杆应用的可行性;其次探讨了其设计与施工的关键技术问题,并对其中的关键技术进行了总结;最后基于北京地铁12号线北岗子站附属结构风道基坑工程,对复合式锚杆进行了现场试验,并将复合式锚杆成功应用于该工程的基坑支护结构中。杆体连接器静载试验结果显示,6个试件均发生理想劈裂破坏且试件锚固效率均满足规范要求,验证了复合式锚杆应用的可行性。对复合式锚杆支护设计与施工关键技术的讨论结果表明,GFRP筋杆体和钢绞线杆体的连接是复合式锚杆承载力稳定发挥的关键;复合式锚杆的张拉应充分考虑GFRP筋的强度和双螺母式连接器的性能;钢绞线的长度应考虑红线位置。复合式锚杆现场试验结果显示,杆体中的GFRP筋在受力过程中仍能保持较好的弹性性质,锚杆在破坏前持荷稳定,3根锚杆承载力均满足设计要求。复合式锚杆的成功应用为基坑工程支护提供了一条新思路,可供类似工程参考。

GFRP锚索粘结性能试验研究

目前在锚索支护工程中常使用的锚筋材料为钢绞线,但钢绞线存在着自重大、不易切割、耐腐蚀性差等问题。GFRP锚索因其具有高强抗拉、耐腐蚀、轻质、易切割等特点,逐渐引起众多专家和学者的注意。因粘结性能作为评价锚固体系好坏的一个重要指标,若采用GFRP锚索代替钢锚索应用于实际工程中,研究GFRP锚索与水泥基体的粘结性能是十分必要的。通过室内拉拔试验,对单根GFRP锚索在不同水泥基材料及多根GFRP锚索在同种水泥基材料中的粘结性能开展研究,研究结果表明:单根GFRP锚索在水泥砂浆中的破坏形式为锚索断裂破坏、单根及多根GFRP锚索在水泥净浆中为试块脆性破坏;单根GFRP锚索在水泥砂浆中的最大粘结强度与极限滑移量均大于在水泥净浆中;在水泥净浆中,GFRP锚索的数量与极限荷载成正比关系,与其最大粘结强度和极限滑移量成反比关系。

不同注浆材料填充下的GFRP组合锚杆抗拔特性试验研究

本文针对不同注浆材料填充下的GFRP组合锚杆抗拔特性开展试验研究。通过现场拉拔测试试验,可以发现:在充分考虑“钢绞线+GFRP筋”组合形式弹塑性变形基础上,采用普通混凝土砂浆和超高性能混凝土进行灌注的GFRP组合锚杆,两者抗拔性能均满足设计要求,该两种注浆材料强度的大小不影响组合锚杆锚固性能的发挥。

GFRP锚杆锚固黏结性能试验研究

通过对9个不同直径的GFRP锚杆拉伸试验及27个不同直径和表面形态的GFRP锚杆黏结性能试验,得到GFRP锚杆受力过程中材料应力-应变曲线及其与混凝土的黏结滑移曲线,分析直径对GFRP锚杆力学性能,直径和表面形态对GFRP锚杆黏结性能的影响。试验结果表明:GFRP锚杆受力过程中应力-应变曲线为一条通过原点的斜直线,属于线弹性材料,GFRP锚杆的极限抗拉强度及应变随着试件直径的增大而有所下降,延性降低;GFRP锚杆与混凝土黏结强度随着直径的增大而减小,荷载段滑移量增加;GFRP锚杆表面形态对黏结强度的影响较明显,加大螺距和丝槽或改变肋高度、间距和宽度等这些表面形式可以提高机械咬合力,获得更好的黏结效果,同时减小滑移量;根据试验成果建立GFRP锚杆黏结滑移本构模型,研究成果为GFRP锚杆数值分析和预应力GFRP锚杆工程应用提供试验依据。

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12～32mm,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。

不同直径GFRP锚杆承载特征的现场对比试验

锚杆支护方法在岩体加固工程中应用广泛,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质疑。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,具有较好的力学性能和耐腐蚀性能,用其代替传统钢筋用于边坡加固可较好地解决锚杆耐久性问题。本次试验为φ16、φ32两种类型GFRP锚杆在相同岩性,全、强、弱三种不同风化程度围岩条件下的张拉试验,研究了GFRP锚杆的破坏特征及锚固机理。试验结果表明,这两种直径GFRP锚杆的最终破坏方式是锚杆自由段脆性劈裂破坏;GFRP锚杆极限承载力随锚杆直径增大而增加;16小直径GFRP锚杆的应力传递深度受围岩风化程度影响较小;φ32大直径GFRP锚杆的应力传递深度受围岩风化程度影响较大,锚杆的应力传递深度随围岩风化程度增加而增大;GFRP锚杆与砂浆界面间的粘结强度随杆体直径增加而降低。

GFRP抗浮锚杆螺母托盘锚具外锚固性能试验

为了解决玻璃纤维增强聚合物(GFRP)抗浮锚杆外锚固问题,提出一种新型的锚固系统—螺母托盘锚具。通过自行设计的2组大型构件对拉试验,测定外锚固段变形(滑移)及外锚固极限承载力,研究GFRP抗浮锚杆螺母托盘锚具外锚固承载性能。研究结果表明:增设螺母托盘的GFRP抗浮锚杆结构的破坏形式为锚杆拔出破坏;直径d为28 mm的GFRP抗浮锚杆,在标号为C25的混凝土条件下,外锚固长度为30d的极限承载力为384 k N,最大滑移为8.98 mm,外锚固段广义效率系数为0.890,广义平均黏结强度为5.20 MPa;外锚固长度为15d的极限承载力为267 k N,最大滑移为5.13 mm,外锚固段广义效率系数为0.619,广义平均黏结强度为7.24 MPa。GFRP抗浮锚杆与混凝土之间的广义平均黏结强度随着外锚固长度的增加而降低;在每级对拉荷载作用下,GFRP抗浮锚杆与混凝土广义平均黏结强度随试件两端的滑移增加而降低,随着滑移增加,广义平均黏结强度的增大速率变小。

光纤光栅传感技术在GFRP抗浮锚杆现场拉拔试验中的应用

光纤测试技术是将光纤布拉格光栅(FBG)传感器用光纤连成一串,通过构建多点光栅测试系统实现传感,它具有精度高、抗干扰能力强、空间分辨率高和连续数据采集等特点。将光纤光栅传感技术应用到原型玻璃纤维增强复合材料(GFRP)抗浮锚杆受力测试中,同步测试了锚杆杆体-锚固体界面、锚固体-周围岩土体界面以及锚固体内的应变,实现GFRP抗浮锚杆多界面全长受力测试。测试结果表明,光纤光栅传感技术能准确记录拉拔过程中GFRP抗浮锚杆各界面的应变变化,揭示锚杆杆体-锚固体界面、锚固体内、锚固体-周围岩土体界面的轴向应力和剪应力分别随荷载水平和锚固深度变化的分布规律,但不同界面处荷载的传递深度和剪应力沿深度的影响范围有所差异。该测试技术和传感器埋设工艺有众多优势,在岩土工程科学研究与工程应用领域具有广阔的前景。

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抗浮锚杆外锚固性能室内试验研究与机理分析

通过自行设计的室内大型构件对拉试验,测定外锚固段变形量(滑移量)及外锚固极限承载力,分析玻璃纤维增强聚合物(GFRP)抗浮锚杆的外锚固性能。研究结果表明:GFRP抗浮锚杆外锚固的破坏形式有2种,一种是锚杆材料强度不足产生劈裂破坏,另一种是GFRP锚杆和混凝土界面相对滑移较大,产生拔出破坏。直径为28 mm的GFRP抗浮锚杆,在标号为C25的商品混凝土的条件下,外锚固长度为840 mm的极限承载力为356 k N,最大滑移量为7.66 mm;外锚固长度为420 mm的极限承载力为215 k N,最大滑移量为4.24 mm;GFRP抗浮锚杆与混凝土之间平均黏结强度随着滑移量的增大而提高,随着外锚固长度的增加而降低;GFRP抗浮锚杆与混凝土之间的平均黏结强度的增加速率随滑移量的增大而减小。研究结果为GFRP抗浮锚杆的工程应用提供理论依据。

全长黏结GFRP抗浮锚杆荷载分布函数模型研究

基于荷载传递法理论与Kelvin问题的位移解,进一步推导全长黏结GFRP(glass fiber reinforced plastics)抗浮锚杆在轴向拉拔荷载作用下轴力沿锚固深度的分布函数。为验证该理论应用于GFRP抗浮锚杆的合理性,借助植入式光纤光栅传感技术,对2根同型号GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验。研究结果表明:根据荷载传递法与Kelvin位移解得到锚杆轴力与剪应力分布函数曲线形式与试验结果相近,说明该理论合理;孔口锚固体的开裂导致锚杆轴力及剪应力分布曲线试验值主要分布范围比理论值的更大;由于试验过程中岩土体位移较小,锚杆的剪应力分布曲线形式较理论值呈现"矮胖"的特点。此外,对锚杆轴力、剪应力理论分布函数曲线进行修正后的结果与试验结果吻合度显著提高。

玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆粘结性能的影响因素分析

通过对国内外大量拉拔试验和梁式试验得到GFRP筋与混凝上粘结性能试验结果的调查分析,探讨了GFRP筋的表面形状与表面处理方法,GFRP直径、GFRP埋入长度、混凝土强度等级与使用环境等因素对GFRP筋粘结强度的影响,指出了FRP筋的粘结滑移关系模型与粘结长度计算公式的特点与应用条件.分析表明:①粘结强度随着肋间距的增大先增加后下降,随着肋高度的增大也是先增加后下降,随着肋宽度的增加而增大;GFRP筋的粘结强度随着埋入长度的增加而降低,随着混凝土强度的提高而增加;GFRP筋在使用环境中性能的劣化使得其与混凝土粘结强度降低.②试验方法与试件没有统一标准,GFRP锚杆粘结性能研究缺少大量实验数据的支撑.

GFRP锚杆在抗浮工程中的应用研究

为研究GFRP(玻璃纤维增强型聚合物)锚杆在抗浮工程中的具体应用,本文以南京某工程为背景进行抗浮锚杆设计,并对GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔试验。试验表明:与普通锚杆相比,GFRP锚杆与黏结砂浆之间具有更好的黏结性能,极限抗拔力也有明显提高,GFRP锚杆具有良好的经济效益和工程可行性。

全螺纹GFRP抗浮锚杆与混凝土底板黏结锚固性能的试验研究

为了推广玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋在水电站、泵房、水闸等水工建(构)筑物抗浮工程中的应用,对12根全螺纹GFRP抗浮锚杆和10根螺纹钢筋抗浮锚杆进行了现场足尺拉拔试验,探讨了GFRP抗浮锚杆与混凝土底板的锚固性能。试验结果表明:直锚GFRP抗浮锚杆的破坏荷载与同型号钢筋相似,表明将其应用于抗浮工程具有可行性,但弯折处理对其承载力的提升不利;增加GFRP锚杆的直径及在混凝土中的锚固长度可以有效提升其承载能力。此外,由于GFRP锚杆与混凝土弹性模量相近,二者的协同工作效果优于钢筋锚杆,因此GFRP锚杆的荷载-滑移曲线呈近似的线性规律,不同于钢筋锚杆的“两段折线”荷载-滑移曲线;增加试验锚杆直径及锚固长度可有效限制其在混凝土中的位移。推导了直锚GFRP抗浮锚杆的基本锚固长度,计算结果对应的锚杆破坏形式与试验结果一致。

GFRP锚杆的综合性能与锚固机理研究

介绍了锚杆的制备过程,分析了组分参数对锚杆的影响。通过冻融循环和长期加载试验,验证了锚杆的粘结性能。通过有限元数值模拟,分析了锚杆在不同直径、岩土和预应力中的锚固机理。研究结果表明:筋的最佳纤维含量为65%;锚杆的抗冻融性能较好,长期荷载对锚杆的粘结性能影响较小;锚固承拉能力受锚固土体的影响较大,锚固土体越好,其抗拉强度越大;预应力锚杆的整个剪应力影响范围不超过1m。

大直径GFRP抗浮锚杆蠕变试验及蠕变模型

为深入探究在长期应力作用下大直径GFRP抗浮锚杆的力学性能变化,通过施加长期荷载对GFRP抗浮锚杆进行了室内足尺试验。试验结果表明:试验锚杆在其破坏荷载的38%~45%荷载作用下才发生蠕变。通过标准线性固体模型对GFRP抗浮锚杆的蠕变规律进行分析,对刚度随时间变化曲线进行拟合,拟合曲线与实测曲线吻合度较好;进一步结合损伤力学理论和蠕变模型推导了GFRP抗浮锚杆的抗拔承载力,实现了GFRP抗浮锚杆长期承载力的精准预测,为GFRP锚杆在抗浮工程中的应用提供理论依据。

GFRP锚杆拉拔时效模型研究

近年来GFRP锚杆因耐腐蚀性好、强度重量比高等优点而逐渐应用于边坡等岩土体的支护,但其时效力学特性却对加固的岩土体造成了潜在的威胁。本文在分析GFRP锚杆拉拔机理的基础上,引入Merchant流变模型,建立了反映GFRP锚杆拉拔时效特性的黏弹性流变模型。根据推导出的控制方程,运用有限差分方法得到了锚杆轴力、剪应力和位移沿杆长的分布,及其随时间变化的规律。在该模型的基础上,对影响GFRP锚杆拉拔时效特性的主要因素进行了一系列的参数研究,并得到了一些关于GFRP锚杆加固机理的结论。