玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆抗拔性能试验研究与机制分析

抗浮锚杆作为一种竖向锚固技术在我国许多地区广泛应用，锚杆作为抗浮结构的核心其性能受到极大关注。但因钢材易腐蚀，传统金属锚杆的耐久性受到质疑，特别是地铁等地下工程存在杂散电流，限制了金属抗浮锚杆的应用。玻璃纤维增强聚合物（GFRP）抗浮锚杆是一种由树脂基体和玻璃纤维复合而成的新材料，与金属锚杆相比，它具有耐腐蚀、抗拉强度高、自重轻等优良特性。通过植入式裸光纤传感测试技术对GFRP抗浮锚杆的界面应力分布、荷载传递规律及破坏机制进行了研究，论证了GFRP抗浮锚杆使用的适宜性。试验表明，GFRP抗浮锚杆破坏以杆体基体材料剪切破坏为主，Ф28mm锚杆极限抗拔力为250kN，能够满足工程需要；杆体轴力沿深度方向逐渐递减，并且超过一定长度后杆体不再受力。结果显示，中风化岩地区，当锚固段长度为3．95～6．95m时，轴力影响深度范围约为3．7m，说明GFRP抗浮锚杆同样存在临界锚固深度问题。锚杆界面剪应力呈不均匀分布，剪应力峰值随荷载的增加逐渐向下转移，同时0值点也向杆体深部转移。研究成果可为GFRP抗浮锚杆应用于工程实际提供依据。

玻璃纤维增强聚合物锚杆在地下结构抗浮工程中的研究进展

随着地下空间的不断开发利用,地下结构的埋深越来越大,对岩土体进行锚固已成为工程中至关重要的一环。由于全球环境污染造成极端气候频发,许多城市经常出现地下水位暴涨,从而产生较大的浮力,威胁到建筑结构整体的稳定性。抗浮锚杆因具有施工便捷、成本低、工期短、分散应力、抗浮效果好等优势,成为目前广泛推广的抗浮措施。钢筋锚杆即使采取涂覆防锈层或在注浆中掺加防腐剂等防锈措施,在复杂的地下环境中也极易发生锈蚀,无法作为永久性锚固结构使用,严重影响建筑物的使用寿命,因此选用耐久性较好的锚杆是现阶段抗浮工程中的研究热点。玻璃纤维增强聚合物(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)抗浮锚杆与传统钢筋抗浮锚杆相比具有更高的抗拉强度、优异的耐腐蚀性能及良好的绝缘性能,与芳纶纤维增强聚合物(AFRP)锚杆、碳纤维增强聚合物(CFRP)、玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)锚杆相比价格更低、性价比更高,近年来在地下结构抗浮工程中备受推崇和青睐。虽然GFRP材料用作锚杆的年限较短,且GFRP锚杆用于地下结构抗浮工程中的相关试验研究较少,未有较为完善的锚固系统应力传递机制及有关GFRP材料与混凝土间黏结性能的研究,有关部门未制定适用于GFRP材料的抗浮锚杆技术规程,但其取代钢筋锚杆用于岩土工程中的研究趋势逐年增长。本文简要介绍了GFRP抗浮锚杆的主要组成部分及工作原理,并对GFRP锚杆在地下结构工程中的抗浮设计相关的试验研究以及在试验基础上进行数值模拟分析的研究现状进行介绍,分析讨论GFRP锚杆在抗浮工程应用中存在的不足,并对GFRP锚杆在抗浮工程领域的未来发展提出建议。

玻璃纤维筋抗浮锚杆在某工程中的抗拔试验研究与应用

抗浮锚杆是建筑工程地下结构抗浮措施的一种,在地下工程中广泛应用,常用杆体材料为钢筋,但玻璃纤维筋(GFRP)抗浮锚杆的研究与应用较少。通过在某工程的应用,并对玻璃纤维筋与传统材料抗浮锚杆进行抗拔对比试验,采用极限抗拔试验验证了玻璃纤维筋作为抗浮锚杆的可行性,为玻璃纤维筋(GFRP)在地下工程应用提供设计、施工依据。

玻璃纤维增强聚合物锚杆锚头试验研究

本文实施了金属和玻璃纤维锚头的极限抗拔承载力的模型试验。结果表明,金属螺母长度达到10cm时,玻璃纤维增强聚合物锚杆锚头达到其极限抗拔承载力。该锚杆破坏形式为扒皮破坏,表层平均脱落厚度在2.4~2.7mm之间。起抵抗剪切破坏作用的主要是基体树脂及其附近的少数玻璃纤维。螺母长度为8cm的玻璃纤维增强聚合物锚头极限抗拔承载力,大约等同于金属螺母长度范围为6~7cm的锚头抗拔承载力,产生的位移值约是后者的2倍。

玻璃纤维锚杆在基坑支护中的应力分布规律

为深入研究玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer,GFRP)锚杆代替传统钢筋锚杆作为支护结构应用于基坑工程的可行性,通过现场拉拔试验探究了GFRP锚杆应力沿杆体的分布规律,通过有限元分析研究了不同参数的影响规律,并为提高GFRP锚杆在基坑工程应用的可行性,进一步探讨了常见锚具失效的机理,开发设计了新型锚具。结果表明:GFRP锚杆在拉拔过程中,轴力沿锚杆杆体呈指数型衰减,最后趋近于零,存在一个临界锚固深度,大部分轴力作用范围为0~4 m;剪应力分布具有峰值点,大致位于离端口0.5 m处,最大剪应力峰值为2.27 MPa,剪应力发挥的主要区间为0.5~3.5 m;轴力分布范围扩大的速率远小于拉拔荷载增加的速率,当荷载增加到极限荷载的50%时,应力分布范围趋近于最大传递距离;上覆压力变化对锚杆轴力传递范围没有明显影响;当黏聚力和内摩擦角增加到一定值时,对锚杆轴力影响开始下降;新型GFRP锚具能有助于GFRP锚杆发挥出其强抗拉特性,具有良好的工程应用价值。

大直径玻璃纤维增强聚合物复合材料抗浮锚杆外锚固性能试验及黏结-滑移模型

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料抗浮锚杆与建筑物混凝土底板的锚固效果关乎整个结构的安全性和稳定性。为深入探究GFRP复合材料抗浮锚杆与混凝土底板之间的锚固性能,本文通过自行设计的足尺锚杆对拉试验装置对不同锚固形式的GFRP复合材料抗浮锚杆进行抗拔试验,测定锚杆极限抗拔承载力及杆体与混凝土间相对滑移量。试验结果表明,采用新型应力分散锚具锚固的GFRP复合材料抗浮锚杆外锚固段锚固效率均在80%以上,与混凝土间滑移量均大于裸筋直锚试件,证实该新型应力分散锚具可有效提升GFRP复合材料抗浮锚杆外锚固效果。在双曲线模型基础上提出一种新型的描述GFRP复合材料抗浮锚杆与混凝土黏结-滑移关系上升段本构模型,该模型综合考虑杆体直径及锚固长度对锚杆杆体与混凝土间黏结-滑移本构关系的影响,模型预测结果与本次试验结果吻合度较高,并对模型的合理性和准确性进行了验证。

抗浮锚杆荷载-位移特性及极限承载力预测

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)抗浮锚杆因其布置灵活、分散应力、耐腐蚀性强、绿色环保等优点,已成为钢筋抗浮锚杆的良好替代品。为进一步研究GFRP抗浮锚杆的承载性能,基于青岛某基坑抗浮工程中的6根GFRP筋和钢筋锚杆开展现场拉拔破坏性试验。试验结果表明:钢筋锚杆与GFRP锚杆平均破坏荷载分别为324 kN、394 kN,锚固强度利用率均达到92%。在相同直径、相同锚固长度条件下,GFRP锚杆能够承受更大的拉拔力,且发挥了更大的黏结强度。在荷载-相对滑移曲线分析中,GFRP抗浮锚杆整体呈缓“S”形,钢筋锚杆整体呈“L”形,表明GFRP锚杆抗浮性能优于钢筋锚杆。根据二次多项式回归分析,当锚杆杆体位移量小于20 mm时,预测精度较高,最高可达96.15%。研究结果对实际抗浮工程应用具有一定的借鉴和参考价值。

BFRP抗浮锚杆抗拔性能现场试验与荷载传递特性

玄武岩纤维增强聚合物(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)锚杆具有自重轻、抗拉强度高、耐腐蚀性能好等优点,率先将BFRP锚杆应用于滨海某医院的地下室抗浮中。基于5根不同锚固长度、不同直径的全螺纹BFRP抗浮锚杆的极限抗拔试验,分析抗浮锚杆的破坏形态,明确锚杆杆体和锚固体的荷载-位移变化规律,探究BFRP抗浮锚杆杆体轴力和剪应力随锚固深度的分布规律,并讨论BFRP锚杆的破坏机制。研究表明:(1)2组BFRP抗浮锚杆的抗拔承载力均超过400 kN,完全满足工程的抗浮要求;(2)随着锚固长度与杆体直径的增加,抗浮锚杆的极限抗拔承载力略有增加,但杆体位移相应增大;(3)BFRP抗浮锚杆轴向应力在孔口处最大,随深度增加而加速降低,轴向应力的传递深度约为锚固长度的2/3,通过增加锚固长度来提升抗浮锚杆的抗拔承载力有限;(4)BFRP抗浮锚杆的剪应力先沿锚固深度迅速增加,在锚固深度0.75 m附近达到峰值后逐渐减小,剪应力峰值随荷载水平的增加而增大。试验结果为BFRP抗浮锚杆的应用奠定了基础。

弯曲与直锚GFRP复合材料抗浮锚杆锚固特性试验研究

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料因其抗拉强度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点,被越来越多地应用于建(构)筑物地抗浮工程中,但弯折后的力学性能研究较少。为研究弯曲GFRP复合材料抗浮锚杆的力学特性,本文基于8根表面黏砂型GFRP复合材料抗浮锚杆和8根螺纹钢筋抗浮锚杆的现场足尺拉拔破坏性试验,研究了直锚、弯曲GFRP复合材料抗浮锚杆在混凝土底板中的锚固特性。试验结果表明:弯曲处理不利于提高GFRP复合材料抗浮锚杆极限承载力,且弯折长度越长,极限承载力降低幅度越大,但可以有效限制锚杆在底板中的位移,且弯折长度越长,位移限制效果越明显。增加锚固长度可以提高抗浮锚杆的极限承载力且有效限制其位移。通过引入抗浮锚杆弯曲处理影响系数讨论了弯曲处理对GFRP复合材料抗浮锚杆锚固特性的影响,并提出了需进一步研究的问题。