新型大直径GFRP筋锚具设计及试验研究

针对单根大直径GFRP筋因体表比过大难以锚固的问题,对已有黏结楔式锚固体系作出改进,将直接浇筑于锚筒和筋材之间的黏结介质替代为环氧树脂并在装配前进行预制;在环氧树脂楔块与锚环之间设计锥角差以消除加载端的剪切效应。通过理论分析新型锚具的受力机理,推导出锚具内力的分布规律以及锚具承载能力估算公式,从而为设计尺寸提供依据;利用有限元软件ABAQUS对9组不同内坡角和锥角差的新型锚具进行受力模拟,得到一组最优设计参数使锚固系统承载力达到最大,据此制作实体锚具对Φ32 mm的GFRP筋材进行静力拉伸试验。结果表明:新型锚具的设计参数相互影响,锥角差显著影响内部结构受力,锥角差越大锚具承载力越大,但过大锥角差可能会产生过大径向压力从而对楔形体造成破坏。内坡角越大锚具承载力越大,但过大的内坡角会导致筋材所受夹持力过小从而发生整体滑脱破坏;以锚筒长度235 mm为例,其最优的内坡角可取10%,锥角差取0.5°;预制楔形块的轴向刚度和强度对新型锚固体系的影响巨大,楔形块加入轴向FRP筋可防止黏结介质拉裂,从而有效提高内部结构的整体工作性能;新型锚具能够将复杂应力状态后移至有效锚固区后部分,避免了加载端的剪切效应,在有效锚固段受力始终均匀变化,可充分发挥GFRP大直径筋材抗拉能力;以Φ32 mm的GFRP筋材为例,极限承载力可达629.4 kN,远超GFRP筋材标准承载力,最高锚固效率达到139.9%,破坏方式主要以炸丝为主,静力锚固性能可靠。