GFRP筋及钢筋抗浮锚杆与基础底板锚固性能试验研究

采用倒置锚杆-基础底板体系,通过现场拉拔破坏性试验,研究GFPR筋和钢筋两种材质抗浮锚杆与基础底板的黏结锚固性能.试验结果表明:GFRP筋和钢筋抗浮锚杆均产生两种破坏形态-滑移破坏与拔断破坏;弯曲处理对两种材质锚杆极限承载力影响效果相反,钢筋锚杆极限承载力随拉拔荷载增大而增大,GFRP锚杆极限承载力随拉拔荷载增大而减小;钢筋抗浮锚杆的Q-S曲线为双折线型,存在明显的拐点,产生拐点的原因是拉拔荷载达到材料屈服强度,而GFRP锚杆无明显屈服阶段,故其Q-S曲线近似线性分布;在分析比较3种描述锚杆Q-S曲线的数学模型的基础上,发现指-幂函数模型能较好地拟合两种不同材质抗浮锚杆的Q-S曲线,能够精准预测GFRP筋及钢筋抗浮锚杆与基础底板的极限抗拔力和滑移变形.研究成果将为GFRP筋在抗浮工程中推广应用奠定基础.     

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。     

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.     

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。     

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。     

玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆的临界锚固长度计算

考虑到抗浮锚杆的工作机理与抗拔桩相似的特性,基于理想同心薄壁圆柱体剪切模型及抗浮锚杆剪应力分布简化模型,推导出GFRP抗浮锚杆的临界锚固长度的解析式,并以工程实例检验该方法的合理性。研究结果表明：本文提出的GFRP抗浮锚杆临界锚固长度解析计算方法是可行的,将理论临界锚固长度的2/3作为GFRP抗浮锚杆实际锚固长度参考值,可以在保证承载性能的前提下提高材料利用率。GFRP抗浮锚杆临界锚固长度理论值随锚杆杆体-岩土体弹性模量比值的增大而增大,但在该比例逐渐变大的过程中,临界锚固长度增长幅度逐渐降低。此外,增加杆体半径亦可提高理论临界锚固长度。研究结果可为GFRP抗浮锚杆的推广使用提供理论依据与实践参考。     

串囊式充气锚杆在砂土中的模型试验研究

串囊式充气锚杆是基于单囊充气锚杆的改进与创新,为研究其极限抗拔承载力和位移的影响因素,通过对串囊式充气锚杆进行一系列室内模型试验,获得了其相应的抗拔承载力—位移曲线.试验结果表明影响串囊式充气锚杆极限抗拔承载力和位移的主要影响因素有:充气压力、埋置深度、橡胶膜长度和厚度、气囊个数、气囊之间的间距等,这些因素对串囊式充气锚杆的影响程度各不相同.通过与单囊充气锚杆的对比试验,得出在相同条件下,串囊式充气锚杆的极限抗拔承载力较单囊充气锚杆增加了1.2~1.7倍,极限位移仅为单囊充气锚杆的37%~66%.串囊式充气锚杆在增大承载力的同时,有效的控制了位移.     

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。     

带初始缺陷的拉挤型GFRP管轴压性能试验研究

通过对7个管端有竖向裂缝的拉挤型GFRP管进行轴压试验,研究了管端竖向裂缝型初始缺陷的位置及长度对拉挤型GFRP管的轴压性能影响,得到了极限承载力,荷载—位移曲线和应力—应变曲线,并分析了管端裂缝长度和位置对拉挤型GFRP管极限承载力,位移及初始刚度的影响。试验结果表明:管端竖向裂缝型初始缺陷对GFRP管的破坏模式和破坏现象没有明显的影响,主要表现为脆性破坏,且初始缺陷处无明显破坏;初始缺陷的影响主要在荷载作用前期,且对试件初始刚度影响较小;裂缝在中间位置处对试件的极限承载力的影响比裂缝在管端角部试件的极限承载力的影响大。     

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。     

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。     

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。     

多段扩大头锚杆在砂土中的模型试验研究

为了研究密实砂土中多段扩大头锚杆的几何尺寸对其承载特性的影响,并与底端型扩大头锚杆的承载特性进行对比,通过建立室内模型试验,改变多段扩大头锚杆的直径和段长等条件,进行了一系列的竖向拉拔试验,得到了相应的荷载位移曲线。试验结果表明:扩大头直径对锚杆的极限承载力影响很大,扩大头长度对极限承载力影响相对较小;随着扩大头直径的增大,锚杆的极限承载力增大幅度逐渐减缓;通过与底端型扩大头锚杆的对比分析得出,在总段长相同的条件下,多段型扩大头锚杆的极限承载力是底端型的1.2~1.3倍,并根据已有理论推导估算出多段扩大头锚杆的抗拔力计算公式。     

抗浮锚杆的设计及受力性能分析

对一受水浮力较大的地下建筑采用抗浮锚杆法进行抗浮设计及受力分析。首先基于刚性基础底板的条件下,估算确定了抗浮锚杆的承载力特征值和平面布置;然后通过有限元模拟计算抗浮锚杆的拉力,并与估算结果对比分析,结果表明:估算方法由于没有考虑基础底板竖向变形而使设计存在安全隐患;最后通过有限元计算分析了抗浮锚杆的抗拉刚度和基础底板厚度对其受力性能的影响;适当降低抗浮锚杆的抗拉刚度和加大基础底板的厚度能够使其受力更加合理。     

配置GFRP筋的混凝土矩形截面柱抗震试验研究

通过6根全GFRP筋混凝土柱和1根混合配筋混凝土柱的低周反复加载试验,研究了体积配箍率、轴压比、剪跨比和纵筋种类对其抗震性能的影响,并将由国内外规范抗剪承载力计算方法得出的理论值与试验值进行对比.研究结果表明:全GFRP筋混凝土短柱均发生了剪切破坏,而全GFRP筋混凝土长柱和混合配筋混凝土短柱发生了弯曲破坏;全GFRP筋混凝土柱的滞回曲线具有明显的捏缩效应,且耗能能力稍差;传统的延性系数评价方法不能客观的评价GFRP筋混凝土柱的抗震性能,而综合性能指标则可以全面的反映GFRP筋混凝土柱的承载力和变形能力;当GFRP体积配箍率增大、剪跨比增大或轴压比减小时,柱的综合性能指标增大,抗震性能更好;各国规范计算的抗剪承载力均偏于安全,规范CSA-S806-12和GB50608—2010的计算值过于保守,而规范ACI 440.1R-15对抗剪承载力的预测相对合理.     

GFRP管外包GFRP筋混凝土梁工作性能试验研究

提出一种GFRP管外包GFRP筋混凝土受弯构件,并采用结构试验的方法研究GFRP外包管对GFRP筋混凝土受弯构件变形能力及承载性能的影响。试验结果表明,GFRP外包管能明显提高GFRP筋混凝土梁的极限承载能力,且较为有效地避免GFRP筋混凝土梁发生脆性破坏,但对提高GFRP筋混凝土受弯构件的变形能力的作用不明显。按我国纤维复合材料规范对该非金属混凝土结构进行承载力计算后发现,现行设计规范对于GFRP筋混凝土构件斜截面抗剪承载力的计算过于保守,导致配筋率过高。     

玻璃纤维布加固钢筋混凝土偏心受压柱的试验研究

通过10根粘贴玻璃纤维布(GFRP)钢筋混凝土偏压柱在单调荷载作用下的试验,比较分析GFRP加固前后偏压柱的承载力、延性及破坏形态.结果表明:外贴GFRP能有效提高大偏压的极限承载力和改善构件的延性;在偏压柱纵向受拉侧粘贴GFRP可以明显提高构件的承载力,承载力随纤维布层数的增加而增加,但承载力的提高程度与纤维布的加固层数并不呈线性增长关系,也不能明显改善柱子的延性;纵横向粘贴GFRP偏压柱不仅能显著提高柱的承载力,还能改善柱的延性;在相同锚固量下,条形箍分条越多、宽度越小、加固间距越小,加固效果越好.根据试验结果的分析,提出GFRP约束钢筋混凝土大偏压柱的实用计算公式,计算结果与试验结果吻合较好.     

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。