抗浮锚杆荷载-位移特性及极限承载力预测

GFRP（玻璃纤维增强聚合物）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,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,本文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”型,钢筋锚杆整体呈“L”型,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。     

GFRP抗浮锚杆在混凝土底板中锚固特性现场试验

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)材料因其抗拉强度高、质量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰、易切割等优点,受到越来越多的重视,但弯折后的力学性能有待研究。本文基于6根GFRP抗浮锚杆和6根钢筋抗浮锚杆的现场足尺拉拔破坏性试验,研究了不同形式GFRP抗浮锚杆在混凝土底板中的受力特性与变形规律。试验结果表明:弯曲处理对提高GFRP抗浮锚杆极限承载力不利,且随着弯折长度的增加,极限承载力降低程度增大,但弯曲处理可以有效限制抗浮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。此外,通过引入抗浮锚杆弯曲处理影响系数就弯曲处理对于GFRP抗浮锚杆承载力与滑移量影响进行讨论,并提出了需进一步研究的问题。     

全长黏结岩石抗浮锚杆承载性能现场试验

抗浮锚杆具有地层适应能力强、锚固力高、造价低、工期短等优点,具有广阔的工程应用前景.开展了4组13根岩石抗浮锚杆的极限抗拔承载试验,在1根试验锚杆上安装光纤光栅应变传感器进行应力测试,所有试验锚杆均加载至极限破坏状态,从荷载-锚固体顶面位移曲线、锚筋轴力分布、锚筋剪应力分布规律及界面黏结强度等方面进行了分析.结果表明,抗浮锚杆主要出现锚筋-锚固体界面剪切滑移破坏、锚固体-周围岩体界面剪切滑移破坏及锚筋拔断3种破坏形态.试验条件下,黏结长度为2.0 m的抗浮锚杆其极限抗拔承载力为240 kN,黏结长度不小于3.0 m的抗浮锚杆其极限抗拔承载力不低于320 kN,承载力高、变形小,能够满足抗浮要求.锚筋轴力自上而下逐渐衰减,锚筋在距锚固体顶面3.0 m以下范围内不受力,建议中风化花岗岩中抗浮锚杆的黏结长度设计值取3.5～4.0 m.锚筋剪应力沿深度呈先增大后减小的趋势,在距锚固体顶面0.45 m的位置达到峰值,约为2.7 MPa.锚筋-锚固体界面平均黏结强度为1.14～1.36 MPa,锚固体-岩土体界面平均黏结强度为0.28～0.37 MPa.     

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。     

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。     

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。     

河西地区地下抗浮锚杆的抗拔承载力检测分析

依托河西地区某住宅小区工程综合楼,以地下抗浮锚杆的抗拔承载力进行检测,发现该项目的抗浮锚杆抗拔承载力均满足设计要求,同时选取一根锚杆为代表,对其Q-S曲线进行分析,进而提出抗浮锚杆在进行抗拔试验过程中的变形机理。     

全长黏结岩石GFRP抗浮锚杆变形特性分析

以弹性理论为基础,研究了全长黏结岩石GFRP抗浮锚杆的变形组成和变形特征。在第二界面剪应力呈倒三角形分布模式的基础上推导出锚固体的弹性变形,因抗浮锚杆的荷载传递机理与抗拔桩一致,通过引入剪切位移模型,推导出锚固体顶端紧贴第二界面周围岩土体的变形。提出"全变形"的概念,比以往仅考虑抗浮锚杆在拉拔试验中上拔量的做法更合理,更能反映GFRP抗浮锚杆的变形全貌。结合实测结果求取抗浮锚杆全变形并与现有研究成果比较发现,工作荷载作用下,GFRP抗浮锚杆全变形较小,但在长期服役下的GFRP抗浮锚杆,其蠕变变形占全变形的比例较大,对抗浮结构的变形影响显著。研究结果可为GFRP抗浮锚杆的理论分析与工程应用奠定基础。     

风化岩地基中玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆体系受力特性数值模拟

基于ABAQUS非线性有限元软件,在考虑多界面接触的情况下建立基础底板-GFRP抗浮锚杆体系的一体化轴对称计算模型,分析浮力作用下GFRP抗浮锚杆体系的变形性能和受力特征。研究结果表明:抗浮体系的竖向位移和锚筋的应力分布规律与试验结果较吻合,抗浮体系的竖向位移以内锚固变形为主。不考虑基础底板与地层的黏结作用时,GFRP抗浮锚杆体系中内、外锚固段锚筋的轴应力和剪应力的分布规律与各自独立的分布规律一致。锚筋在基础底板与地层界面出现轴应力峰值,随地下水浮力的增加,轴应力分布范围逐渐增大,轴应力峰值也相应增大,轴应力在基础底板中的衰减速率要比在地层中的快。锚筋的剪应力在抗浮体系中出现2个峰值点,且锚筋在基础底板中的剪应力峰值为地层中剪应力峰值的4.2～5.0倍;随着地下水浮力的增大,锚筋剪应力的分布范围逐渐变大,内、外锚固段剪应力峰值也相应增大。     

基于拉拔试验的GFRP筋与砂浆粘结性能研究

为了获得玻璃纤维筋与砂浆间的合理粘结性能参数,本文采用室内拉拔试验和数值模拟反演分析相结合的手段开展了相关研究.通过开展不同筋材直径与不同砂浆强度下的筋材拉拔试验,得到了不同工况下的粘结强度-滑移量曲线,探明了筋材直径与砂浆强度对GFRP筋粘结强度的影响规律.基于室内拉拔试验结果,采用有限差分软件FLAC~(3D)模拟再现了GFRP筋拉拔试验,对软件中的粘结性能参数进行了反演分析,修正得到了GFRP筋灌浆体刚度和黏聚强度的计算公式.研究结果表明:GFRP筋与砂浆间的粘结强度与筋材直径成负相关,与砂浆强度成正相关;在缺乏筋材拉拔试验数据时,纤维筋锚杆极限粘结强度宜取灌浆体抗压强度的五分之一,以求得灌浆体黏聚强度;纤维筋锚杆灌浆体刚度可采用普通钢筋锚杆灌浆体刚度计算公式获取,但应乘以位于(1/10, 1/15]区间内的折减系数.     

水泥土中GFRP筋的界面黏结特性试验研究

加筋水泥土桩锚支护技术广泛应用于边坡与基坑工程的加固,而常用的钢筋等金属材料筋体在富水及高腐蚀性的环境中往往会面临锈蚀的风险.玻璃纤维增强塑料筋(GFRP筋)因其抗拉强度高、抗腐蚀性强等特点将成为金属材料筋体的重要替代.为揭示GFRP筋-水泥土界面的黏结特性,通过12组不同配比下水泥土的无侧限抗压强度试验以及对应水泥土中GFRP筋的单元体中心拉拔试验,获得了GFRP筋-水泥土界面黏结滑移曲线,并进一步得到了界面黏结强度与水泥掺入比及土体含水量的相关关系.基于界面黏结滑移曲线的形态特征,对GFRP筋-水泥土界面的承载过程及机理进行了分析.研究结果表明:GFRP筋-水泥土界面黏结强度随土体含水量的增大而降低,随水泥掺入比的增大而升高;GFRP筋-水泥土界面极限黏结强度与筋体周围水泥土的无侧限抗压强度呈明显的线性关系;界面黏结滑移曲线可分为弹性段、软化段、残余上升段、残余下降段4个阶段,各阶段分界点对应的界面黏结强度与界面极限黏结强度间存在不同的比例关系,可引入强度折减系数进行刻画.本文研究揭示了GFRP筋在水泥土中的黏结强度发挥机理,建立了基于水泥土配比的界面黏结强度预测模型,为GFRP筋加筋水泥土技术的工程应用提供了理论依据.     

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。     

新管幕构件横向锚固力学特性试验

目的提出一种运用通丝螺纹杆连接的地下新管幕结构,通过试验验证新管幕结构横向锚固构件的锚固性能.方法采用与实际工程相同的锚固试件进行拉拔试验,进而得出不同锚固构件的荷载-位移关系曲线、拔承载力及破坏形态.结果新管幕横向锚杆试验主要产生锚杆拉断与锚杆粘结破坏两种破坏形式.锚杆设置螺母及钢板等措施可以提高抗拉拔力,当锚固长度不小于200 mm时,抗拔力主要取决于锚杆强度.改变拉拔顺序对试件的拉拔力有影响,建议锚杆间距至少要大于300 mm,否则需要考虑"群锚效应"影响.结论通丝螺纹锚杆设置螺母及钢板等措施对增强锚固性能有很大的帮助,且锚杆间距较小时存在群锚效应,这种锚固方法能够满足工程的需求.     

扩大头抗浮锚杆抗拔承载力试验及数值模拟分析

随着我国城市建设的高速发展，传统的抗浮锚杆锚固效果差、易发生群锚效应的问题更加凸显，其抗浮锚固效果并不能达到实际工程的要求，而扩大头抗浮锚杆是深基坑支护相对有效的方式。以中国科学院科研楼基坑中的扩大头锚杆为研究对象，研究深基坑工程中扩大头抗浮锚杆的抗拔承载力，采用Midas GTS有限元软件对扩大头抗浮锚杆的受力特征和变形特性进行分析。研究结果表明：当有荷载作用时，扩大头锚杆的轴力随着锚固深度的增加逐渐减小，扩大头锚杆在变截面处的轴力变化显著且存在拐点；相较于普通抗浮锚杆，扩大头锚杆的抗拔承载力约为普通锚杆的2.4倍；通过理论计算得到扩大头锚杆的极限承载力大致为1 200 kN,理论计算有一定的保守性，实际的极限承载力值应大于计算值；研究结果为今后扩大头锚杆受力分析提供了参考，确保了工程后期的安全性。     

钢筋抗浮锚杆承载特性现场试验与数值仿真

通过现场试验以及ABAQUS数值模拟相结合的方法,探讨了风化岩地基中全长黏结钢筋抗浮锚杆的承载性能和荷载传递特征。结果表明:风化岩地基中的抗浮锚杆承载力高,上拔量小,能够满足工程需求。锚杆杆体荷载-位移曲线、剪应力、轴应力分布规律的模拟结果与现场试验结果具有较高的吻合度,说明用ABAQUS软件模拟钢筋抗浮锚杆的承载特性是可行的,具有较强的适用性;同时,还得到了现场试验较难得到的锚固砂浆和周围岩土体的应力分布规律,明确了钢筋抗浮锚杆受荷后的影响范围和锚固体的力学特性,弥补了现场试验的不足。     

PBL抗剪连接件疲劳后的剩余力学性能研究

为研究钢-混凝土组合结构中PBL(Perfobond Leiste)抗剪连接件在疲劳荷载作用后的力学性能退化规律,设计并制作了9个PBL连接件的推出试件分别进行静力和疲劳试验.其中3个试件为静力破坏试验,重点关注了试件的破坏模式、极限承载力及荷载-滑移曲线.其余6个试件为在经历一定疲劳荷载循环次数后进行静力破坏试验,以疲劳循环次数,疲劳荷载比为参数变量,得到在不同疲劳参数作用后,PBL连接件的极限承载力、残余滑移量、抗剪刚度等力学性能的变化情况.研究结果表明,PBL连接件具有较好的延性,其静载和疲劳后静载的破坏模式均为一侧贯穿钢筋剪断、另一侧贯穿钢筋屈服.疲劳荷载比对PBL连接件剩余承载力影响较大,在同样经历了300万次的循环加载后,荷载比为0.5的极限承载力基本没有下降,而荷载比为0.7的承载力仅为初始静载试验的76.1%;在相同荷载比(0.6)情况下,PBL连接件的承载力随疲劳加载次数呈先慢后快的非线性退化趋势.相对于荷载比而言,残余滑移量对疲劳循环次数更为敏感.抗剪刚度在整个疲劳加载过程中基本保持不变.     

输电线路裂隙岩体地基锚杆抗拔模型试验研究

针对输电线路工程中节理裂隙发育的岩石地基,根据相似理论设计了锚杆室内抗拔模型试验.试验采用正交试验设计方法,选取岩石弹模、锚杆埋深、浆体强度、裂隙角度和裂隙迹长5项参数作为影响因素,分别就各因素对岩石锚杆基础抗拔承载力的影响机理进行了试验研究.结果表明,上述5项因素中岩石弹模与锚杆埋深对抗拔承载力影响显著,且抗拔承载力与岩石弹模及锚杆埋深均成正相关变化关系,其他3项影响因素对岩石锚杆基础的抗拔承载力影响规律不明显.试验还表明,节理裂隙发育的岩石锚杆基础的破坏形式主要有滑移开裂破坏与滑移剪切破坏2种,并且得出了岩石锚杆的传力机制.     

玻璃纤维增强塑料筋混杂纤维混凝土梁抗弯性能研究

本文利用静力加载试验及有限元模拟分析,研究了纤维掺入对钢筋及玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋混凝土梁抗弯性能的影响,并提出了适用于GFRP筋混杂纤维混凝土梁的平衡配筋率与极限承载力计算公式。结果表明,将钢纤维与聚乙烯醇(PVA)纤维掺入普通钢筋混凝土梁中可小幅提高梁的开裂荷载;利用GFRP筋替代钢筋作为受力筋体,可明显提高钢-PVA混杂纤维混凝土梁的极限承载力,在一定范围内增大GFRP筋配筋率有助于提升梁的抗弯性能,混凝土强度等级对试验梁的抗弯性能也有一定的影响。     

胶合木植筋节点抗拔性能理论预测

木材与植筋之间的黏结性能对木结构植筋节点的抗拔性能有重要影响。为了实现对胶合木植筋节点抗拔性能的全过程分析,通过胶合木植筋节点荷载-滑移试验,建立黏结应力-滑移关系;基于能量法,借助提出的黏结应力-滑移关系,理论推导出胶合木植筋加载端处的抗拔承载力-滑移关系解析解,并对胶合木植筋节点的抗拔性能进行全过程理论预测。结果表明:对于不同植筋杆件,节点的破坏模式与荷载-滑移性能存在一定差别;传统的线弹性理论计算公式过于保守地估计胶合木植筋节点极限抗拔承载力,尤其是对于长锚固试件;基于能量法和已提出的黏结应力-滑移关系计算得到的理论曲线与试验曲线吻合良好,验证理论解析解的可靠性。本研究将为木结构植筋节点承载力设计提供一定的理论依据。     

GFRP筋与C15混凝土之间黏结强度的试验研究

基于12个拉拔试件的黏结试验,对GFRP筋与C15混凝土之间的黏结滑移特性、受力过程、破坏形态、破坏机理、黏结强度以及锚固长度等进行了研究.结果表明:GFRP筋试件的黏结应力下降到其黏结强度的8%~13%后,出现规律性的波动,而相应钢筋试件的黏结应力下降到20%~30%后基本保持不变;GFRP筋与C15混凝土之间的黏结强度较低,6.35 mm直径的GFRP筋,其黏结强度比相应的钢筋低8%,9.5 mm直径的GFRP筋,其黏结强度则比相应的钢筋低37%;GFRP筋试件的黏结应力达到黏结强度时,GFRP筋的滑移值为3~5 mm,而相应钢筋的滑移值为1~2 mm.文中还提出了GFRP筋与C15混凝土之间黏结强度以及GFRP筋锚固长度的设计建议.