复合材料抗浮锚杆外锚固性能试验研究_李妮.pdf
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1、270工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工导致其具有脆性高、抗剪能力差的力学特征。若在施工过程中依然采用传统的夹片式锚固,容易将锚杆夹碎,针对这一问题本文研发出一种新型的锚固方式,用于固定 GFRP材质锚杆。本文研发的新型锚具是在夹片锚具的结构上,添加能够将应力分散的结构装置。该结构由应力分散装置和圆锥形螺母构成,应力分散装置内置螺纹,圆锥形螺母咬合螺纹将两部分连接成为一个整体,进一步将锚杆固定。该装置在固定锚杆的同时,又避免了因应力集中而导致锚杆损坏问题。2.2 试验设计本文设计了对向拉力试验对装置进行检验,该试验可以在一次加载过程中完成对两组样品的验证。试验样
2、品将两块混凝土试块用 GFRP 材料锚杆连接,在两块试块之间用千斤顶施加推力,并设置施拉力计测试锚杆极限受力值。在采用千斤顶施加拉力时,需要连接荷载传感器对施加的拉力值加以控制。GFRP 复合材料混凝土试件对拉试验装置设计如图 1 所示。共进行 4 组实验,其中设计两组对照组,0 引言对于地下建筑而言,随着埋深的增加,地下水会对建筑会产生较大的浮力,由此严重影响了建筑物的工程安全性1。地下建筑的抗浮结构设计时不容忽视的问题,目前工程中多采用抗浮锚杆来提高工程的安全系数2。玻璃纤维聚合物(GFRP)是一种新型的复合材料,具有轻质、高强、耐腐蚀的优点,是目前被广泛采用的抗浮锚杆材料之一3-4。匡政
3、5、白晓宇6、张明义7等对GFRP 材料的锚具在建筑物抗浮方面的应用进行了深入研究,但在 GFRP 材料锚杆与混凝土基体的粘结应力发展特性研究方面仍有不足。本文基于海语城(红岛)项目,探究 GFRP 材料抗浮锚杆的外锚固性能,研发了将锚杆杆端应力分散的结构装置,并对整体结构进行对向拉力试验。该研究将为实际的建筑物抗浮结构设计提供理论基础。1 工程概况中国铁建海语城(红岛)项目,总建筑面积 33 万 m2,主要包括 4 幢 1618F 高层住宅楼、1 栋 23 层办公楼及 4 座2 层商业用房,部分高层住宅楼带有 1F 商业网点,场区整体带 12 层地下车库。该项目位于沿海区域,属于华北暖温带沿
4、海湿润季风区气候,且沿海环境对建筑物混凝土构件具有一定的腐蚀性;滨海地区地下水位变化频繁,建筑物基础地下抗浮问题突出。2 试验方案2.1 锚具设计在传统施工过程中多采用夹片锚具完成对抗浮锚杆的固定。但对于 GFRP 材料而言,由于其各项异性的特点,复合材料抗浮锚杆外锚固性能试验研究李妮(中铁十四局集团第五工程有限公司,山东济宁 272100)摘要:基于海语城红岛项目,探究 GFRP 材料抗浮锚杆的外锚固性能。为了克服 GFRP 材料锚杆脆性高、抗剪能力差的问题,研发了一种能后将锚杆杆端应力分散的结构装置,该装置在固定锚杆的同时有避免了因应力集中而导致的锚杆损坏问题。对研发的装置进行对向拉力试验
5、,结果表明:在锚固长度相同的条件下,采用应力分散装置的 GFRP 材料锚杆承受的破坏拉力大于普通锚固的抗浮锚杆;就平均粘结强度而言,GFRP 材料锚杆比普通锚杆提高了 9%25%。在控制其他变量相同的条件下,GFRP材料全螺纹抗浮锚杆的外锚固长度越长,锚杆与混凝土基体间发生的相对位移就越大。由此可见在一定范围内,增加 FRP 材料全螺纹抗浮锚杆的外锚固长度,可以提高工程的锚固安全系数。关键词:抗浮锚杆;外锚固;对拉试验;应力分散锚具图1 GFRP复合材料混凝土试件对拉试验装置置换式滴灌机GFRP锚杆中心孔千斤顶动力计CM&M 2023.01271实验组采用文中研发的应力分散锚固装置。本文试验使
6、用的锚杆由山东某公司生产,锚杆采用为 YH-28GFRP 型全螺纹抗浮锚杆。锚杆的直径尺寸为 28mm。合成锚杆的主要材料是树脂与玻璃纤维,两种材料按照体积比 1:3 的比例混合制成 GFRP 复合材料,密度为 2.06g/cm3。GFRP 材料的抗压强度极值为 710MPa,抗剪强度极值为 150MPa,弹性模量为 49GPa,详细的试验参数见表 1。本文才采用的 GFRP 全螺纹抗浮锚,其中应力分散圆盘的尺寸为 170mm,圆盘呈碟形,最大厚度为 12mm,全螺纹锚杆的直径为 30mm,螺纹长 65mm。经过实际测量,该锚具的最大承载力可达 130kN。2.3 基体材料在本文实验中,混凝土
7、基础采用强度等级为 C25 的混凝土浇筑成立方体试块,用来模拟实际工程中的建筑物底板。在浇筑混凝土试块时,需要预留直径30mm 以便于锚杆的定位和试块浇筑连接。将锚杆固定在混凝土中指定的位置后,对混凝土进行振捣密实,养护 28d后拆除模板,然后测试品的抗压强度。对达到养护龄期的样品进行无侧限抗压强度试验,12个样品的平均抗压强度测试值为 25.7MPa,实验值大于混凝土的设计抗压强度 25MPa,满足作为 GFRP 材料全螺纹抗浮锚杆对拉试验的基体材料强度要求。在进行试验时,在千斤顶与混凝土接触的位置采用钢板衬垫,采用手动的方式对混凝土试块施加荷载,施加荷载的速度可以根据测力计的读数进行调控。
8、采用逐级加载繁荣方式施加荷载,控制加载速度为 200N/s 匀速加载。施加完一级荷载后饱载 15min 然后再施加下一级荷载,当锚杆发生断裂破坏时视为试验结束,读取测力计的示数,并完成数据记录。3 试验结果与分析3.1 锚杆破坏机制采用上述试验方式,GFRP 材料全螺纹抗浮锚杆对拉试验的测试结果包括失效荷载和破坏位移两个参数,具体的实验数据见表 2。由表 2 中的数据可知,编号为 Z840-2 的样品除外,其他编号的试件均由于锚杆被拔出混凝土基体而导致构件破坏失效,发生的是粘结滑移破坏。这种破坏形式下的锚杆并未出现明显的损伤,说明锚杆还未达到抗拉强度极值,对基体的锚固作用还未发挥完全。编号为
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