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《武汉大学》 2005年
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FRP螺旋锚的拉拔试验与应用设计

曾繁平  
【摘要】:纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics,FRP),由于具有抗拉强度高,耐腐蚀、抗疲劳性能好,质量轻,抗磁性等优点,被视为代替铁材和铝材的一种新型岩土锚固材料。 本文首先回顾了岩土锚杆的历史和现状,并着重阐述了在岩土锚固领域所面临的挑战和主要任务。 接着对新型FRP螺旋锚杆的背景、概念、结构、施工工艺、FRP筋物理力学性能、设计方法、拉拔试验、验收试验、长期性能观测等内容展开论述。 ① FRP筋具有优良的物理力学性能,且FRP筋的耐腐蚀性能、抗拉强度、抗剪强度及长期力学性能对锚杆性能影响较大。 ② 根据FRP筋的近乎线性的应力-应变关系、高抗腐蚀性、较小的弹性模量、极低的抗剪强度、较大的强度离散性以及FRP筋材的蠕变特性,提出FRP锚杆与金属锚杆不同的设计理念。FRP螺旋锚杆若采用分项安全系数法进行设计,能充分地考虑FRP筋对锚杆安全性能的影响。 ③ 注浆锚杆的极限抗拔力为:R=π·η·D·L·q_(sk)。而无注浆锚杆由于破坏形式不同,具有不同极限抗拔力。1) 破坏类型为浅层破坏和过渡破坏时:R=破坏区土柱重量+破坏面处总摩阻力;2) 破坏类型为深层破坏时:R=π·β_c·(D~2-d~2)·C_u/4。 ④ 测得锚杆试验所在土层的物理力学性质为:密度,1.84g/cm~3;含水量,26.3%;液限,51.0%:塑限,20.6%;粘聚力c,43.7kPa;内摩擦角φ,6°。 ⑤ 对不同的入土深度、不同的静置时间的10组锚杆进行拉拔试验后,就锚杆的构造,施工工艺,极限拉拔力等归纳出以下结论: 1) 4组锚杆破坏是由于锚头锚具处的FRP筋断裂而提前破坏,锚杆锚具是FRP筋锚杆设计的难点。 2) 6组拉拔试验锚杆的破坏形式为锚固土体深层破坏,测得其极限抗拔力为8.33kN,实测值与理论值(10.37kN)还是较为接近的。 3) 另外,锚杆钻头下锚能力有限,灌浆施工困难,钻杆间连接方式有待改进,拉拔试验机具的性能有待提高。 ⑥ 根据下锚扭距与抗拔力的线性关系提出一种快速精确、经济可靠的螺旋锚杆的验收试验方法,根据CFRP筋的自感知性能,提出一种新型的锚杆长期监测仪器。 总之,提高FRP筋材的抗腐蚀性能、抗剪强度、长期力学性能,FRP筋螺旋锚杆的应用前景是广阔的。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TU476

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