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GFRP锚杆抗拉特征及破坏机理试验研究

作　者: 高磊
导　师: 刘汉东
学　校: 华北水利水电学院
专　业: 地质工程
关键词: GFRP锚杆夹具电子引伸计拉拔模型试验破坏机理分布式光纤
分类号: TU476
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

岩土锚固是岩土工程领域的重要分支,在岩土工程中采用锚固技术,能比较充分地调动和提高岩土体自身的强度和稳定性,缩小结构物尺寸并减轻其自重,显著节约工程材料,有效控制岩土体变形,锚固技术已经成为提高岩土体工程稳定性和解决复杂岩土工程问题的有效方法之一。锚杆作为地下工程和岩石边坡的主要支护形式,对工程结构物稳定性的维护起着非常重要的作用。随着锚固技术的拓宽和发展,钢锚杆已广泛应用在边坡、基坑、隧道、地下工程、坝体、机场、港口、挡土墙、桥台锚固等工程建设项目中,并且其应用范围在日益扩大。然而,工程实践表明,传统的钢锚杆在锚固工程中的应用存在着一些突出的问题,如耐腐蚀性较差、自重大、运输和安装困难等,钢锚杆的这些不足一定程度上制约了其应用,尤其是钢筋的腐蚀,不仅影响了结构的耐久性,严重时还会出现重大工程事故。GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)锚杆是以玻璃纤维为增强材料,以合成树脂为基体材料,并掺入适量辅助剂,经拉挤成型技术和必要的表面处理所形成的一种新型复合材料锚杆,具有比强度高、耐腐蚀性好、可设计性强、抗疲劳性能好、耐电磁等独特优点。用GFRP锚杆代替钢锚杆用于工程支护,可在一定程度上克服钢锚杆的不足,也必将为锚固技术的发展开辟更为广阔的应用前景。目前,国内外对GFRP锚杆的研究和应用相对较少,在设计理论和生产应用方面几乎处于空白,为推动其在锚固工程中的广泛应用,本文结合广东省交通科研项目(项目名称:GFRP锚杆加固高边坡试验研究;编号:2004-17),主要进行了两个方面的实验,一方面是用自行设计的螺纹耦合半模钢夹具进行了GFRP锚杆杆体单拉实验,其目的是得出GFRP锚杆的抗拉强度特征并对该试验方法的合理性进行探讨,另一方面是设计并制作了3个锚杆结构室内拉拔试验模型,进行了3次2个构件的并行破坏性试验,其目的是全面了解GFRP锚杆的破坏机理及不同砂浆体强度条件下杆体可能的破坏形式,根据试验发生的现象和对试验测试所得数据的分析,得出了一系列结论,其主要研究成果如下:(1)通过分析三个批次试验的91个试件的结果,提出了一种简便可行的直接测定GFRP螺纹筋材抗拉强度的拉伸试验方法;提出了不同截面大小GFRP螺纹筋材受拉过程可能的破坏形式;提出了GFRP螺纹筋材受拉过程的应力应变曲线的合理形态特征;推荐使用GFRP锚杆抗拉强度试验装置联合电子引伸计的方法进行GFRP螺纹筋材抗拉试验;分析了GFRP筋材抗拉强度与几何尺寸的关系和抗拉强度的离散性的内在原因;(2)设计了室内拉拔模型试验,根据试验发生的现象和对试验测试所得数据的分析,肯定了GFRP锚杆拉拔试验模型的合理性,说明了砂浆体强度与锚杆的应力传递深度的关系,指出了GFRP螺纹锚杆剪应力的峰值特征和随荷载增加的变化趋势,结合砂浆体内的应力分布特征,充分论证了GFRP螺纹锚杆结构的可能的破坏形式和破坏机理。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-12
第1章绪论  12-20
  1.1 锚杆材料的发展  12-13
  1.2 玻璃纤维塑料增强筋的提出  13-14
  1.3 国外研究现状  14-15
  1.4 国内研究现状  15-17
  1.5 存在的问题  17-18
  1.6 本论文的主要工作  18-20
第2章 GFRP 锚杆基本物理性能指标  20-32
  2.1 GFRP 锚杆的组成材料及生产工艺  20-26
    2.1.1 玻璃纤维  20-23
    2.1.2 合成树脂  23
    2.1.3 稀释剂、固化剂等辅助材料  23-24
    2.1.4 GFRP 锚杆的生产工艺  24-26
  2.2 GFRP 筋材的基本物理力学性能  26-32
    2.2.1 比重  26
    2.2.2 热胀系数  26-27
    2.2.3 抗拉强度和弹性模量  27
    2.2.4 弯曲强度  27-28
    2.2.5 抗压强度和抗压弹性模量  28
    2.2.6 剪切强度  28
    2.2.7 蠕变和蠕变破坏  28-29
    2.2.8 疲劳  29-30
    2.2.9 其它特性  30-32
第3章 GFRP 锚杆足尺寸抗拉特征及试验方法研究  32-46
  3.1 试验方案  32-36
    3.1.1 哑铃形试件方法  32-33
    3.1.2 试件端部钢套管加固方法  33
    3.1.3 直接拉伸方法和夹具设计  33-34
    3.1.4 试验材料  34-35
    3.1.5 试件制作  35-36
  3.2 试验结果及分析  36-44
    3.2.1 试件破坏形式  36-39
    3.2.2 试验方法和应力、应变关系  39-42
    3.2.3 极限抗拉强度  42-44
  3.3 小结  44-46
第4章全长粘结GFRP 锚杆破坏机理拉拔模型试验  46-70
  4.1 试验方案设计  46-50
    4.1.1 拉拔模型设计方案  46-49
    4.1.2 试验过程及方法  49-50
  4.2 试验结果及分析  50-69
    4.2.1 GFRP 锚杆模型破坏形式  50-55
    4.2.2 应力传递深度及砂浆体强度  55-56
    4.2.3 锚杆表面剪应力分布  56-58
    4.2.4 砂浆体内的应力分布  58-63
    4.2.5 No.3 模型螺纹锚杆破坏机理  63-64
    4.2.6 GFRP 螺纹锚杆与砂浆的粘结力特征  64-69
  4.3 小结  69-70
第5章结论与建议  70-72
  5.1 结论  70
  5.2 建议  70-72
参考文献  72-78
研究生学习期间主要参与的工作  78-80
致谢  80

GFRP锚杆抗拉特征及破坏机理试验研究

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