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.

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。

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。

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。

土岩二元基坑不同材质腰梁对锚索预应力损失的影响规律研究

为研究土岩二元基坑不同材质腰梁对锚索预应力损失影响的时变规律,本文依托青岛某土岩基坑工程,开展了GFRP腰梁和双背槽钢腰梁作用下的锚索预应力损失监测的现场试验。研究结果表明:两种材质的腰梁各具优势,GFRP腰梁对锚索短期预应力损失更有利,而双背槽钢腰梁长期损失率更低;双背槽钢腰梁作用下锚索预应力变化趋势更加平缓,浮动范围更小;GFRP腰梁可以有效减少锚索预应力在快速下降阶段的预应力损失量。研究成果可为类似地质条件下基坑支护设计、施工和监测提供参考和借鉴。

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。

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。

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。

土遗址加固中GFRP锚杆锚固性能现场试验研究

为揭示GFRP锚杆在土遗址加固中的性能,进而克服现有竹、木、复合锚杆锚固的局限性,拓展该新型材料在古遗址加固中的应用,选择直径22mm和25mm的GFRP锚杆开展了现场锚固测试试验。通过单级和循环两种加载模式,获取了两种杆体的破坏模式与极限锚固力;在杆体—砂浆界面布设应变片,获取了受荷过程中界面监测点剪应变的变化特征与分布规律。结果表明:两种锚固系统均失效于砂浆—土体界面,φ22mm GFRP杆体极限锚固力50k N,而φ25mm GFRP杆体超过120k N;从加载端到末端监测界面剪应变呈衰减分布,在较大荷载下由于加载方向与杆体轴向微弱偏离导致局部出现受压现象,试验过程中监测界面未出现脱黏现象。研究表明GFRP锚杆可以部分替代复合锚杆,在土遗址载体加固中具有良好的应用前景。

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。

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。

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。

全长黏结GFRP抗浮锚杆拉拔特性分析

通过非线性有限元软件ABAQUS中的Cohesive黏结单元模拟锚杆杆体-灌浆体界面、灌浆体-周围岩体界面之间的接触,建立玻璃纤维增强聚合物(GFRP)抗浮锚杆杆体-基岩的轴对称数值计算模型,探究全长黏结GFRP抗浮锚杆的拉拔特征和变形规律。研究结果表明:本文建立的有限元模型能够较好地反映GFRP抗浮锚杆的荷载-位移关系、轴应力及剪应力沿锚固深度的分布规律。随着拉拔荷载的增加,灌浆体的应力逐渐增大并沿锚固深度向下传递,灌浆体应力的影响范围也逐渐扩大;周围岩体的应力持续增大,GFRP抗浮锚杆对周围岩体的横向作用范围也相应增大。锚筋弹性模量越小,轴应力与剪应力传递深度越浅;GFRP锚杆轴应力的衰减速率比钢筋抗浮锚杆的衰减速率快。随着GFRP抗浮锚杆的锚固长度的增加,轴应力衰减速率加快,轴应力传递深度减小,剪应力峰值点与地表的距离增大,剪应力峰值和传递深度变小。

再生骨料混凝土与GFRP筋黏结性能实验

为研究GFRP筋与再生骨料混凝土的黏结性能,考虑GFRP筋表面特征、混凝土强度等级、再生骨料替代比例等因素的影响,按照0、25%、50%、100%再生骨料替代比例配制C20、C30、C50混凝土,对78个150 mm×150 mm×150 mm尺寸相同的立方体试件进行了中心拉拔试验,研究了试件的破坏模式和黏结机理。试验结果表明:GFRP筋与再生骨料混凝土的极限黏结强度随着再生骨料替代比例的增加而非线性降低;带肋筋与再生骨料混凝土的黏结强度是黏砂筋的1.1~2.0倍,两者在高强混凝土中最为接近。

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。