白曉宇 張明義 王永洪 閆楠
摘 要:
基于4根巖石GFRP抗浮錨桿的室內(nèi)足尺拉拔破壞性試驗(yàn),探討了風(fēng)化巖地基中全長黏結(jié)GFRP抗浮錨桿的界面黏結(jié)特性和承載性能,揭示了GFRP錨桿的細(xì)觀破壞機(jī)理。結(jié)果表明:GFRP抗浮錨桿發(fā)生拔出破壞,主要是由螺紋表面劣化所引起的剪脹破壞;直徑25 mm、灌漿體強(qiáng)度M30、錨固長度1.3和0.55 m的GFRP抗浮錨桿的極限抗拔承載力分別為255、195 kN,滿足工程抗浮要求;GFRP抗浮錨桿桿體與灌漿體界面平均黏結(jié)強(qiáng)度介于2.41~5.10 MPa之間,高于《巖土錨固與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086—2015)中鋼錨桿與灌漿體的黏結(jié)強(qiáng)度推薦值。
關(guān)鍵詞:巖石地基;抗浮錨桿;極限抗拔力;平均黏結(jié)強(qiáng)度;破壞機(jī)制
中圖分類號:TU475
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:16744764(2018)05007808
收稿日期:20171103
基金項(xiàng)目:
國家自然科學(xué)基金(51708316、51778312);山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017GSF16107、2018GSF117008);山東省自然科學(xué)基金(ZR2016EEQ08、ZR2017PEE006);山東省高等學(xué)??萍加?jì)劃(J16LG02);青島市應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃(165139jch);中國博士后科學(xué)基金(2018M632641)
作者簡介:
白曉宇(1984),男,博士,副教授,主要從事地基基礎(chǔ)與城市地下工程研究,Email:baixiaoyu538@163.com。
Received:20171103
Foundation item:
National Natural Science Foundation of China (No. 51708316, 51778312); Shandong Key Research and Development Program (No.2017GSF16107,2018GSF117008); Natural Science Foundation of Shandong Province (No. ZR2016EEQ08, ZR2017PEE006); Higher Educational Science and Technology Program of Shandong Province (No. J16LG02); Applied Basic Research Programs of Qingdao (No. 165139jch);China Postdoctoral Science Foundation(No.2018M632641)
Author brief:
Bai Xiaoyu(1984), PhD, associate professor,main research interests: foundation and urban underground engineering, (Email) baixiaoyu538@163.com.
Fullscale test and mechanism analysis on bearing capacity of
GFRP antifloating anchor socketed into rock
Bai Xiaoyu1a, 1b, Zhang Mingyi1a, 1b, Wang Yonghong1a, Yan Nan2
(1a.School of Civil Engineering; 1b.Collaborative Innovation Center of Engineering Construction and Safety in Shandong
Blue Economic Zone, Qingdao University of Technology, Qingdao 266033, Shandong, P. R. China;
2.College of Environmental Science and Engineering, Qingdao University, Qingdao 266071, Shandong, P. R. China)
Abstract:
Based on the laboratory fullscale tensile failure tests on four fullbonded GFRP antianchors socketed into rock, the interfacial adhesion and bearing capacity of the anchor on rock foundation were studied, from which the microfailure mechanism of the anchor was revealed. The results show that the pullout failure occurred in GFRP antifloating anchor, attributing to the dilative shear failure from anchor threads interfacial deterioration. The ultimate uplift bearing capacity of GFRP antifloating anchor with diameter of 25 mm, concrete of M30, anchorage length of 1.3 m and 0.55 m, was 255 kN and 195 kN, respectively, indicating that the high bearing capacity of the anchor for antifloating purpose. The average bond strength between GFRP antifloating anchor and grouting body was between 2.41 MPa and 5.10 MPa, higher than the recommended values from Technical Code for Engineering of Ground Anchoring and Shotcrete Support”(GB 50086-2015).
Keywords:
rock foundation; antifloating anchor; ultimate uplift bearing capacity; average bond strength; failure mechanism
抗浮錨桿因地層適應(yīng)性強(qiáng)、分散應(yīng)力、布置靈活、施工便捷、造價(jià)低等諸多技術(shù)優(yōu)勢在土木工程領(lǐng)域被廣泛采用,但其常年處于地下水位以下或干濕交替區(qū)域,服役環(huán)境會不同程度遭受地下水中侵蝕性離子的化學(xué)腐蝕,在沿海地區(qū)尤為嚴(yán)重;特別是城市軌道交通運(yùn)營過程中產(chǎn)生的雜散電流會使鋼筋錨桿產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,導(dǎo)致抗浮結(jié)構(gòu)的服役性能嚴(yán)重退化,過早退出服役,極大地威脅主體結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性[14]。另外,在青島、深圳等風(fēng)化巖地基(尤其中~微風(fēng)化花崗巖)中施工大直徑鋼筋混凝土抗浮樁非常困難,工程費(fèi)用高,喚起了人們對非金屬抗浮錨桿的期待。玻璃纖維增強(qiáng)聚合物(GFRP)筋是以纖維為增強(qiáng)材料、樹脂為基體材料,通過拉擠、固化復(fù)合而成的一種新型材料。與鋼筋相比,GFRP材料具有耐腐蝕性強(qiáng)、抗拉強(qiáng)度高、造價(jià)低、質(zhì)量輕、抗電磁干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)[56]。近年來,GFRP材料在土木工程相關(guān)領(lǐng)域得到了較多研究和應(yīng)用[79]。將GFRP錨桿用于地基加固工程能有效解決鋼筋錨桿的耐久性問題,有利于提高結(jié)構(gòu)的使用壽命。
對GFRP抗浮錨桿的研究尚處于起步階段,大多數(shù)研究都局限于普通巖土GFRP錨桿或基于小尺寸拉拔試件。有學(xué)者從GFRP錨桿的承載特性、破壞機(jī)理、荷載傳遞規(guī)律及黏結(jié)應(yīng)力分布特征展開研究。劉漢東等 [10]研究了GFRP錨桿基本力學(xué)指標(biāo)和基本破壞形態(tài)。賈新等 [11]從試驗(yàn)的角度分析了GFRP錨桿的破壞模式、極限抗拔承載力、平均黏結(jié)強(qiáng)度及臨界錨固長度等問題。李國維等 [12]基于GFRP錨桿拉拔模型試驗(yàn),揭示了錨桿桿體應(yīng)力傳遞深度隨錨固體強(qiáng)度的變化特征。Zhu等[13]在管狀GFRP土釘上植入FBG傳感器,現(xiàn)場測試了GFRP土釘?shù)膽?yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。Li等[14]借助分布式光纖傳感技術(shù)測試了BGFRP筋的應(yīng)力松弛特性。白曉宇等[15]基于原型抗浮錨桿拉拔破壞性試驗(yàn),探討了中風(fēng)化花崗巖中GFRP抗浮錨桿的承載性能和破壞機(jī)理。Vilanova等[16]得到了長期荷載作用下GFRP筋與混凝土相對滑移的時(shí)間效應(yīng)。Benmokrane等[17]預(yù)測了實(shí)心和空心GFRP錨桿在鹽溶液侵蝕條件下的長期抗拉強(qiáng)度,進(jìn)一步評價(jià)了GFRP錨桿的耐久性。
GFRP錨桿的出現(xiàn),特別是GFRP材料優(yōu)越的抗電磁干擾性和耐腐蝕性,能夠徹底解決抗浮錨桿的耐久性問題。為模擬巖石GFRP抗浮錨桿的實(shí)際施工情況和受力特性,通過兩組全尺寸巖石GFRP抗浮錨桿室內(nèi)拉拔破壞性試驗(yàn),研究其抗拔性能及錨桿桿體灌漿體界面黏結(jié)特性,揭示GFRP抗浮錨桿的破壞機(jī)制。
1 試驗(yàn)方案及過程
1.1 試驗(yàn)材料及儀器
1.1.1 GFRP抗浮錨桿 為了提高錨桿與灌漿體之間的錨固力,試驗(yàn)采用直徑25 mm的全螺紋實(shí)心狀GFRP抗浮錨桿。經(jīng)檢測,玻璃纖維和環(huán)氧樹脂的含量分別為75%和25%,密度為2.1 g/cm3,重量為970 g/m,橫截面積為478 mm2,常規(guī)力學(xué)指標(biāo)見表1。
1.1.2 混凝土基體 為模擬實(shí)際工程中的中風(fēng)化巖地基,試驗(yàn)選用C30混凝土制成基體,混凝土基體的底面尺寸為1 m×1 m的方形截面,高度分別為0.8 m和1.6 m?;w的制作如圖1所示。另外還澆注了3組立方體試件,試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm,與試驗(yàn)錨桿同條件養(yǎng)護(hù),28 d后測得立方體試件抗壓強(qiáng)度均值為28.9 MPa。可能由于冬季氣溫較低,混凝土中未加防凍劑,導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度小于30 MPa。
1.1.3 灌漿體 水泥選用山東某公司生產(chǎn)的42.5#普通硅酸鹽水泥,砂選用無雜質(zhì)且級配良好的中砂,采用自來水拌和均勻。其中,水、水泥、砂的質(zhì)量比為0.45∶1∶1,灌漿體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為M30。為檢驗(yàn)灌漿體強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,澆筑了2組70.7mm×70.7 mm×70.7 mm的水泥砂漿試塊,與試驗(yàn)錨桿在相同條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù),7 d后測得1組試塊的抗壓強(qiáng)度均值為31.2 MPa,28 d后測得另一組試塊的抗壓強(qiáng)度均值為35.6 MPa。
1.1.4 試驗(yàn)儀器 主要試驗(yàn)儀器及設(shè)備包括:特制H型截面鋼支墩、跨中截面預(yù)留80 mm貫通孔洞的箱型加載梁、行程為20 cm的手動式油壓穿心千斤頂、MGH500型錨索測力,量程為30 mm的機(jī)械式百分表,另外還有專用錨具、鋼套管、鋼墊板及磁性表架等。
1.2 試驗(yàn)方案
在相同條件下進(jìn)行不同錨固長度的GFRP抗浮錨桿足尺拉拔破壞性試驗(yàn),研究其承載性能和破壞機(jī)制。試驗(yàn)錨桿總數(shù)為4根,錨固長度分別為1.3、0.55 m,試驗(yàn)參數(shù)如表2所示。
為模擬巖石地基中錨桿的實(shí)際施工情況,待基體養(yǎng)護(hù)28 d后,采用潛孔鉆機(jī)成孔,成孔后的照片如圖2所示。鉆孔直徑均為110 mm,鉆孔過程中全程取芯。將GFRP抗浮錨桿綁扎對中支架后,人工送入鉆孔內(nèi),然后注入M30水泥砂漿,養(yǎng)護(hù)28 d或灌漿體的抗壓強(qiáng)度達(dá)到75%時(shí)對GFRP錨桿進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。需要說明的是,為避免錨桿間距太小而影響試驗(yàn)結(jié)果,在鉆孔過程中要確保錨桿具有一定的間距,GFRP錨桿的孔位布置見圖3。
GFRP錨桿屬于正交各向異性材料,抗拉強(qiáng)度高,但抗剪性能較差,夾片式錨具在這里不適用,試驗(yàn)采用加載端粘貼鋼套管對GFRP錨桿保護(hù),粘結(jié)材料選用環(huán)氧樹脂與固化劑混合液。GFRP抗浮錨桿加載裝置中各部件的位置關(guān)系如圖4所示,裝置可直接測定GFRP抗浮錨桿與混凝土基體的相對滑移。
1.3 試驗(yàn)過程
試驗(yàn)為不同錨固長度巖石GFRP抗浮錨桿拉拔破壞性試驗(yàn),為了便于比較,同步開展2根不同錨固長度的抗浮錨桿拉拔試驗(yàn),先進(jìn)行G2552d01和G2522d01,再進(jìn)行G2552d02和G2522d02。試驗(yàn)采用逐級加載法進(jìn)行,4根GFRP抗浮錨桿按0→30→60→90→120→150→180 kN……進(jìn)行加載,直至破壞。荷載的大小通過連接在錨索測力計(jì)的GSJ2A型讀數(shù)儀顯示。每級荷載施加完畢后,應(yīng)立即讀取滑移量,之后每間隔5 min 讀取一次,相臨兩級荷載的加載時(shí)間至少要保證15 min,試驗(yàn)裝置如圖5所示。GFRP抗浮錨桿的破壞標(biāo)準(zhǔn)按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)[18]來判定。
2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 錨桿的破壞形態(tài)與特征分析
試驗(yàn)條件下,GFRP抗浮錨桿最終破壞形態(tài)如表3和圖6所示。
由表3可知,4根錨桿均發(fā)生錨桿桿體被拔出、灌漿體開裂的現(xiàn)象。當(dāng)荷載水平達(dá)到最大加載量的60%~70%時(shí),錨桿發(fā)出輕微的破裂聲;隨著荷載水平的逐漸增加,灌漿體出現(xiàn)3~5 cm的裂縫且開裂范圍逐漸增大,錨桿的聲響也隨之增大,在距混凝土基體表面一定深度范圍,GFRP錨桿的螺紋肋被剪壞,該位置正好是剪應(yīng)力峰值點(diǎn)??梢哉f螺紋的作用較為顯著,在增加錨桿與灌漿體黏結(jié)力的同時(shí)也使得桿體表面在局部范圍內(nèi)發(fā)生應(yīng)力集中,桿體表面發(fā)生劣化,致使錨桿桿體被剪壞。試驗(yàn)過程中,除錨桿桿體灌漿體界面黏結(jié)強(qiáng)度不足而造成的桿體拔出破壞外,沒有出現(xiàn)其他破壞形態(tài),表明GFRP錨桿自身的強(qiáng)度并未完全發(fā)揮。
2.2 GFRP抗浮錨桿的極限抗拔力
荷載位移(Q s)曲線在宏觀上體現(xiàn)了荷載傳遞性狀及破壞模式,對Q s分析有助于對GFRP抗浮錨桿的荷載傳遞特性的總體把握。試驗(yàn)中4根GFRP抗浮錨桿Q s曲線如圖7所示,最大加載量(極限荷載)和滑移量見表3。
從圖7可以看出,4根GFRP錨桿的Q s曲線變化規(guī)律一致,基本表現(xiàn)出緩變型的性狀,當(dāng)荷載水平較小時(shí),荷載與桿體位移基本呈線性增長,桿體滑移較小,且滑移量增長速率較慢。隨著荷載水平的增加,桿體位移逐漸增大,桿體的上拔速率也相應(yīng)增大,Q s曲線逐漸過渡為非線性。隨著錨固長度的增加,GFRP錨桿承受荷載的能力逐漸增大,相應(yīng)的滑移量也增加。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)確定,錨桿G2552d01、G2552d02、G2522d01、G2522d02的極限抗拔承載力分別為270、240、180、210 kN,可見GFRP抗浮錨桿的錨固長度增加1.36倍,其極限抗拔承載力平均提高307%。主要是由于在有效錨固長度范圍內(nèi),隨著錨固長度的增加,GFRP抗浮錨桿與灌漿體的接觸面積增大,二者的黏結(jié)力也將隨之提高,因此,GFRP抗浮錨桿的極限抗拔承載力增大。
2.3 錨桿桿體灌漿體界面平均黏結(jié)強(qiáng)度
GFRP錨桿與灌漿體的黏結(jié)強(qiáng)度是GFRP錨桿與灌漿體表面的摩擦力、膠著力及機(jī)械咬合力共同作用的結(jié)果,此處所述平均黏結(jié)強(qiáng)度實(shí)際上是廣義的,或稱之為廣義平均黏結(jié)強(qiáng)度更貼切。將破壞荷載或最大加載量與GFRP錨桿和混凝土接觸側(cè)面積的比值定義為二者的平均黏結(jié)強(qiáng)度,見式(1)[19]。
τG=Pu/πdl(1)
式中:τG為GFRP錨桿與灌漿體的平均黏結(jié)強(qiáng)度,MPa;Pu為GPFP錨桿的最大加載量,N;d為GFRP錨桿桿體直徑,mm;l為GFRP抗浮錨桿與灌漿體的有效錨固長度,mm。
在試驗(yàn)條件下,通過式(1)求得4根GFRP抗浮錨桿與灌漿體的平均黏結(jié)強(qiáng)度見圖8。
圖8顯示,在試驗(yàn)條件下,直徑25 mm、M30的水泥砂漿(灌漿體強(qiáng)度為35.6 MPa),GFRP錨桿G2552d01、G2552d02、G2522d01、G2522d02與灌漿體的平均黏結(jié)強(qiáng)度分別為2.73、2.41、4.79、5.10 MPa。錨桿直徑、灌漿體強(qiáng)度相同的情況下,隨著錨固長度的增加,錨桿桿體與混凝土底板的平均黏結(jié)強(qiáng)度逐漸減小,GFRP抗浮錨桿的錨固長度增加1.36倍,相應(yīng)的平均黏結(jié)強(qiáng)度降低92.4%,說明錨固長度對GFRP錨桿與灌漿體之間黏結(jié)力發(fā)揮有較大影響,這與Zheng等[20]和Nemcik等[21]的研究結(jié)果一致,主要是由于GFRP抗浮錨桿的錨固長度越短,錨桿桿體與灌漿體黏結(jié)力就能更加充分發(fā)揮。
試驗(yàn)得到的GFRP錨桿桿體與灌漿體的平均黏結(jié)強(qiáng)度與黃志懷等[22]研究結(jié)果相比提高約83.3%。主要是由于文獻(xiàn)[22]中水泥砂漿立方體試塊28 d齡期的抗壓強(qiáng)度均值為25.7 MPa,而本試驗(yàn)中灌漿體28 d齡期的抗壓強(qiáng)度均值為35.6 MPa,灌漿體強(qiáng)度的大小對錨桿桿體灌漿體界面平均黏結(jié)強(qiáng)度有較大的影響,因此,本試驗(yàn)得到的GFRP錨桿與水泥砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度偏高。另外,比較《巖土錨固與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086-2015)[23]發(fā)現(xiàn),在灌漿體強(qiáng)度基本一致的情況下,試驗(yàn)中GFRP錨桿桿體與灌漿體的平均黏結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于規(guī)范[23]中螺紋鋼筋與灌漿體間黏結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的上限,可見,GFRP抗浮錨桿與灌漿體之間的平均黏結(jié)強(qiáng)度要比鋼錨桿與同強(qiáng)度灌漿體之間的平均黏結(jié)強(qiáng)度高,這一結(jié)論與白曉宇等[15]在風(fēng)化巖地基中現(xiàn)場試驗(yàn)得到的結(jié)果一致。這主要是由于GFRP材料的彈性模量低,并且其線膨脹系數(shù)與水泥基材料的線膨脹系數(shù)相近所致。
2.4 GFRP抗浮錨桿的破壞機(jī)制分析
試驗(yàn)中4根GFRP抗浮錨桿均產(chǎn)生桿體拔出,灌漿體開裂的現(xiàn)象。實(shí)際上,GFRP錨桿與灌漿體的黏結(jié)力主要由桿體表面與灌漿體中水泥膠凝體的化學(xué)黏著力、桿體與灌漿體界面的摩擦力以及桿體表面凸起的螺紋與灌漿體的機(jī)械咬合力3部分組成。在GFRP抗浮錨桿受荷過程中,這3種力在不同的加載階段發(fā)揮各自的作用,但他們之間又不是獨(dú)立存在,而是相互作用,相互影響。對于光圓GFRP錨桿,在錨桿與灌漿體出現(xiàn)相對滑移之前,其黏結(jié)力主要由化學(xué)黏著力提供,產(chǎn)生相對滑移之后則取決于摩擦力和桿體表面的咬合力,只不過咬合力的作用效果較弱。而全螺紋GFRP抗浮錨桿與光圓GFRP錨桿相比,螺紋的存在改變了錨桿桿體與灌漿體的相互作用方式,使玻璃纖維絲的分布方向與作用力方向具有一定角度,改善了錨桿桿體灌漿體界面的黏結(jié)作用,提高了二者的黏結(jié)強(qiáng)度;固然化學(xué)黏著力和摩擦力存在,但其相互作用與機(jī)械咬合力相比較弱,錨桿桿體灌漿體界面的黏結(jié)強(qiáng)度主要由桿體表面的突肋與灌漿體之間的機(jī)械咬合力提供(見圖9)。
灌漿體的開裂或壓碎,會引起GFRP錨桿桿體與灌漿體的相對滑動,在某一特定荷載作用下,這意味著GFRP錨桿應(yīng)具有一定的灌漿覆蓋厚度。當(dāng)GFRP錨桿承受拉力時(shí),根據(jù)靜力平衡條件,灌漿體內(nèi)的黏結(jié)力與外荷載相等。隨著荷載水平不斷增加,主拉應(yīng)力大于灌漿體的抗拉強(qiáng)度時(shí),灌漿體內(nèi)的裂縫就會由內(nèi)向外逐漸開展,GFRP錨桿的螺紋深度和寬度越大,則灌漿體的開裂范圍越明顯。螺紋GFRP錨桿與灌漿體之間的相互作用機(jī)理見圖10。
GFRP錨桿出現(xiàn)拔出破壞,說明錨桿桿體的強(qiáng)度沒有充分發(fā)揮出來。加載初期,GFRP抗浮錨桿桿體與灌漿體之間剪應(yīng)力小于二者的黏結(jié)強(qiáng)度,與玻璃纖維絲與樹脂之間的黏結(jié)強(qiáng)度相比更小,桿體與灌漿體之間剪應(yīng)力主要由摩阻力和黏著力提供,因錨桿表面未經(jīng)噴砂處理,摩阻力和黏著力的作用效果不顯著。隨著荷載水平的提高,黏著力和摩阻力發(fā)揮的作用逐漸降低,機(jī)械咬合力開始承擔(dān)主要作用。隨著GFRP錨桿桿體表面螺紋發(fā)生劣化,使機(jī)械咬合力在一定深度范圍(剪應(yīng)力峰值點(diǎn)的位置)內(nèi)逐步降低,其峰值向桿體深部轉(zhuǎn)移,最終機(jī)械咬合力失去作用,產(chǎn)生GFRP抗浮錨桿桿體與灌漿體脫黏或者桿體被拔出的現(xiàn)象。這種破壞可歸結(jié)為凸起的螺紋使得GFRP抗浮錨桿產(chǎn)生剪脹破壞[2425]。
與鋼錨桿的荷載傳遞特性類似,GFRP錨桿桿體灌漿體之間黏結(jié)應(yīng)力的峰值隨荷載水平的提高逐漸向錨桿深部移動,桿體以漸近的方式發(fā)生滑動并使黏結(jié)應(yīng)力重新分布,見圖11。由于加載端鋼套筒的約束作用強(qiáng),對GFRP錨桿桿體提供足夠的界面壓力,加載端桿體處于三向受力狀態(tài),而灌漿體的抗剪強(qiáng)度有限,所以,灌漿體與桿體會出現(xiàn)脫黏的現(xiàn)象。桿體與灌漿體的黏結(jié)應(yīng)力低于鋼套筒與GFRP錨桿的黏結(jié)應(yīng)力,在灌漿體的抗剪強(qiáng)度還未完全發(fā)揮時(shí),剪脹效應(yīng)所引起的拉應(yīng)力就已經(jīng)達(dá)到或者超過灌漿體的抗拉強(qiáng)度,所以,GFRP錨桿拔出的同時(shí),在混凝土基體表面時(shí)常伴隨著灌漿體開裂的現(xiàn)象。
3 結(jié)論
1)GFRP抗浮錨桿發(fā)生拔出破壞,主要是由于凸起的螺紋表面劣化所引起的剪脹破壞。
2)直徑25 mm,灌漿體強(qiáng)度M30,錨固長度13、0.55 m的GFRP抗浮錨桿,極限抗拔承載力較高,分別為255、195 kN,滿足工程抗浮要求。其他條件不變,錨固長度由22d提高到52d,GFRP抗浮錨桿的極限抗拔承載力平均提高約30.7%。
3)試驗(yàn)條件下,GFRP抗浮錨桿桿體與灌漿體界面平均黏結(jié)強(qiáng)度介于2.41~5.10 MPa之間,高于《巖土錨固與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086-2015)中鋼錨桿與灌漿體(灌漿體強(qiáng)度為M30)的黏結(jié)強(qiáng)度推薦值。
4)基于試驗(yàn)結(jié)果,從細(xì)觀角度揭示了GFRP抗浮錨桿的破壞機(jī)制。
參考文獻(xiàn):
[1] 朱磊, 張明義, 白曉宇, 等. GFRP抗浮錨桿在基礎(chǔ)底板中的錨固性能現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J]. 土木建筑與環(huán)境工程, 2017, 39(2): 107114.
ZHU L, ZHANG M Y, BAI X Y, et al. Field test on anchorage performance of GFRP antifloating anchors in foundation slab [J]. Journal of Civil, Architectural & Environmental Engineering, 2017, 39(2): 107114. (in Chinese)
[2] 張明義, 朱磊, 白曉宇, 等. 鋼筋抗浮錨桿外錨固承載性能試驗(yàn)研究[J]. 土木建筑與環(huán)境工程, 2016, 38(Sup1): 118124.
ZHANG M Y, ZHU L, BAI X Y, et al. Experimental research on load bearing behavior of external anchorage of steel antifloating anchors [J]. Journal of Civil, Architectural & Environmental Engineering, 2016, 38(Sup1): 118124. (in Chinese)
[3] KOU H, GUO W, ZHANG M. Pullout performance of GFRP antifloating anchor in weathered soil [J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2015, 49: 408416.
[4] LIU X, WANG J, HUANG J, et al. Fullscale pullout tests and analyses of ground anchors in rocks under ultimate load conditions [J]. Engineering Geology, 2017, 228: 110.
[5] BENMOKRANE B, ALI A H, MOHAMED H M, et al. Laboratory assessment and durability performance of vinylester, polyester, and epoxy glassFRP bars for concrete structures [J]. Composites Part B: Engineering, 2017, 114: 163174.
[6] VELJKOVIC A, CARVELLI V, HAFFKE M M, et al. Concrete cover effect on the bond of GFRP bar and concrete under static loading [J]. Composites Part B: Engineering, 2017, 124: 4053.
[7] CARATELLI A, MEDA A, RINALDI Z, et al. Precast tunnel segments with GFRP reinforcement [J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2016, 60: 1020.
[8] YOST J, DINEHART D, GROSS S, et al. Fatigue behavior of GFRP and steel reinforced bridge decks designed using traditional and empirical methodologies [J]. Bridge Structures, 2015, 11(3): 8794.
[9] XU D, YIN J. Analysis of excavation induced stress distributions of GFRP anchors in a soil slope using distributed fiber optic sensors [J]. Engineering Geology, 2016, 213: 5563.
[10] 劉漢東, 于新政, 李國維. GFRP錨桿拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2005, 24(20): 37193723.
LIU H D, YU X Z, LI G W. Experimental study on tensile mechanical properties of glass fiber reinforced plastic rebar [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(20): 37193723 (in Chinese)
[11] 賈新, 袁勇, 李焯芬. 新型玻璃纖維增強(qiáng)塑料砂漿錨桿的黏結(jié)性能試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2006, 25(10): 21082114.
JIA X, YUAN Y, LEE C F. Experimental study on bond behavior of new type cement grouted GFRP bo1ts [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006, 25(10): 21082114. (in Chinese)
[12] 李國維, 高磊, 黃志懷, 等. 全長粘結(jié)玻璃纖維增強(qiáng)聚合物錨桿破壞機(jī)制拉拔模型試驗(yàn)[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2007, 26(8): 16531663.
LI G W, GAO L, HUANG Z H, et al. Pullout model experiment on failure mechanism of pulllength bonding glass fiber reinforced polymer rebar [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2007, 26(8): 16531663. (in Chinese)
[13] ZHU H H, YIN J H, YEUNG A T, et al. Field pullout testing and performance evaluation of GFRP soil nails [J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2010, 137(7): 633642.
[14] LI G W, PEI H F, HONG C Y. Study on the stress relaxation behavior of large diameter BGFRP bars using FBG sensing technology [J]. International Journal of Distributed Sensor Networks, 2013, 9(10): 112.
[15] 白曉宇, 張明義, 劉鶴, 等. 風(fēng)化巖地基全螺紋玻璃纖維增強(qiáng)聚合物抗浮錨桿承載特征現(xiàn)場試驗(yàn)[J]. 巖土力學(xué), 2014, 35(9): 24642472.
BAI X Y, ZHANG M Y, LIU H, et al. Field test on loadbearing characteristics of fullthread GFRP antifloating anchor in weather rock site [J]. Rock and Soil Mechanics, 2014, 35(9): 24642472. (in Chinese)
[16] VILANOVA I, BAENA M, TORRES L, et al. Experimental study of bondslip of GFRP bars in concrete under sustained loads [J]. Composites Part B: Engineering, 2015, 74(1): 4252.
[17] BENMOKRANE B, ROBERT M, MOHAMED H M, et al. Durability assessment of glass FRP solid and hollow bars (rock bolts) for application in ground control of Jurong Rock Caverns in Singapore[J]. Journal of Composites for Construction, 2016, 21(3): 06016002.
[18] 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程:JGJ 120—2012[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2012.
Technical specification for retaining and protection of building foundation excavations: JGJ 1202012 [S]. Beijing: China Architecture and Building Press, 2012. (in Chinese)
[19] LI C C, KRISTJANSSON G, HΦIEN A H. Critical embedment length and bond strength of fully encapsulated rebar rockbolts [J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2016, 59: 1623.
[20] ZHENG J J, DAI J G. Analytical solution for the fullrange pullout behavior of FRP ground anchors [J]. Construction and Building Materials, 2014, 58: 129137.
[21] NEMCIK J, MA S, AZIZ N, et al. Numerical modelling of failure propagation in fully grouted rock bolts subjected to tensile load [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2014, 71: 293300.
[22] 黃志懷, 李國維, 王思敬, 等. 不同圍巖條件玻璃纖維增強(qiáng)塑料錨桿結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2008, 27(5): 10081018.
HUANG Z H, LI G W, WANG S J, et al. Field test on pullout behaviors of anchorage structures with glass fiber reinforced plastic rods for different surrounding rock masses [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2008, 27(5): 10081018. (in Chinese)
[23] 巖土錨固與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范: GB 50086—2015[S]. 北京: 中國計(jì)劃出版社, 2001.
Technical code for engineering of ground anchorages and shotcrete support: GB 500862015 [S]. Beijing: China Planning Press, 2015. (in Chinese)
[24] 白曉宇, 張明義, 寇海磊. 基于裸光纖光柵傳感技術(shù)GFRP抗浮錨桿荷載傳遞機(jī)制的原位試驗(yàn)研究[J]. 工程力學(xué), 2015, 32(8): 172181.
BAI X Y, ZHANG M Y, KOU H L. Field experimental study of load transfer mechanism of GFRP antifloating anchors based on embedded bare fiber bragg grating sensing technology [J]. Engineering Mechanics, 2015, 32(8): 172181. (in Chinese)
[25] 白曉宇. GFRP抗浮錨桿錨固機(jī)理試驗(yàn)研究與理論分析[D]. 山東 青島: 青島理工大學(xué), 2015.
BAI X Y. Experimental study and theoretical analysis on the anchoring mechanism for GFRP antifloating anchor [D]. Qingdao, Shandong: Qingdao University of Technology, 2015. (in Chinese)
(編輯 胡英奎)