GFRP筋粘结性能与作用机理研究

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土钉作为边坡、基坑工程中一种常见的支护技术在世界范围内得到了广泛的应用。由于传统土钉中的钢筋存在易腐蚀、耐久性差等缺点,而导致其被一直视为锚固工程中的安全隐患。玻璃纤维增强塑料(Glass Fiber Reinforced Polymer,缩写为GFRP)筋是一种新型复合材料,具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,将GFRP筋代替钢筋,能有效地克服钢筋土钉的缺陷。而筋体与砂浆之间的粘结力是土钉承受荷载的前提,因此对GFRP筋粘结性能及作用机理的研究在理论和工程实践中都具有重要的意义。本文对GFRP筋拉伸力学性能、粘结性能以及粘结力分布规律做出的试验研究得到“国家自然科学基金资助项目(51278391)”以及“湖北教育厅优秀中青年人才项目(Q20121111)”的资助。论文对直径GFRP筋进行含量的测定和拉伸性能试验,以确定GFRP筋组分与拉伸性能的关系;GFRP筋达到一定的应力时筋体出现裂纹,裂纹开展从受力附近开始,并随着应力增加而向中间扩展,在破坏前随应力消失而闭合;GFRP筋弹性模量为40-45GPa,泊松比为0.28-0.30。论文对直径为20mm、22mm及25mm的GFRP筋,埋置深度为5d和8d的拉拔试件进行单次和循环拉拔试验,对拉拔承载力、粘结滑移曲线等进行研究。拉拔破坏的破坏方式主要分为拔出破坏和砂浆块劈裂两种;GFRP筋的直径、埋置深度以及拉拔试件的破坏模式的不同会导致在拉拔过程中表现出拉拔承载力、粘结强度和粘结刚度的不同的对应特征;在循环拉拔过程中GFRP筋的粘结滑移曲线会发生斜率的变化,并会对砂浆内部的微小空隙进行挤压而产生残余变形。论文对埋深为1米,直径为25mm的GFPR筋与砂浆试件进行粘结力分布规律的研究。试件破坏时的拉拔承载力均为100kN左右,试件破坏前GFRP筋锚固段内的粘结力主要分布在0-50cm范围内;GFRP筋与砂浆的粘结力随筋体埋深呈先迅速增大而后减小,最后趋近于0;GFRP筋锚固段内粘结力的分布随受力状态的改变主要体现在筋体锚固段粘结力最大值的位置随拉拔力的增大出现的变化。
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