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高耐久性锚杆在水下挡墙中的性能研究

陈平  
【摘要】: 岩土锚固技术是岩土工程加固的一种重要手段,它能比较充分地调动和提高岩土体自身的强度和稳定性,缩小结构物尺寸和减轻其自重,显著节约工程材料。随着锚固技术的拓宽和发展,钢锚杆几乎应用于土木建筑领域的各个方面,如在边坡、基坑、矿井、隧道、地下工程、坝体、机场、港口、挡土墙、桥台锚固等工程建设与改造中都己得到广泛应用。 然而,以钢材为原材料的传统锚杆容易锈蚀,当用作地下或水下工程的结构构件,因其更换困难会对结构的安全性和耐久性带来严峻的挑战。复合纤维增强塑料筋(简称FRP)虽然具有轻质、高强、耐腐蚀、不导电等优良特性,但是其弹性模量较低,抗剪切模量较小,长期耐温性、耐老化性较差,且成本较高,制作难度大等诸多因素制约了其在锚固工程中的大规模使用。新型FRP-钢筋锚杆是在普通热轧钢筋锚杆的外表面整体湿法成型E型GFRP(无碱玻璃纤维)外壳进行永久性防水防锈,提高锚杆的耐久性的新型复合式锚杆。FRP与钢材组合,可发挥出钢材的高弹性模量和FRP耐腐蚀、耐疲劳性能好的优势,达到互补的效果。 本文以试验为基础,对FRP-钢筋锚杆的材料组成、耐腐蚀性能、拉伸力学性能以及生产工艺做了深入研究,并以某实际边坡工程为例检验新型锚杆的锚固性能。研究对FRP-钢筋锚杆相关设计方法、施工要点等提供了必要的基础数据和分析手段,对推动新型复合式锚杆的广泛使用具有指导意义。 本文的主要研究成果及结论如下:①综合比较各种纤维的使用性能和价格后,选择了性价比较高的E型玻璃纤维作为钢筋锚杆的外包材料,浸泡环氧酚醛树脂和丙酮溶液组成的粘结剂后与钢筋具有良好的粘结性能。 ②FRP-钢筋锚杆通过浸泡在一定浓度的硫酸、NaOH溶液、Nacl溶液和电流加速腐蚀之后,对其力学性能进行了测试,并与同种条件下的钢筋试件进行对比,从而证明了FRP-钢筋锚杆具有较好的耐酸、碱、盐和电流腐蚀特性。 ③在国内外研究的基础上进行了总结,通过层合板理论推导了纤维布缠绕钢筋的角度以45°最佳,并得到了复合杆体的理论应力-应变曲线图。通过拉伸不同纤维残绕层数和不同内芯材料试验,得出FRP-钢筋锚杆的力学性能与纤维缠绕层数和杆件内芯材料之间的关系。 ④探讨了胶结材料与FRP-钢筋锚杆的粘结强度的影响因素,锚杆锚固力的计算方法,提出了适合新型锚杆特点的锚杆结构设计方法。 ⑤通过一个实际边坡工程锚固实例对FRP-钢筋锚杆的使用性能进行了验证,得到了FRP-钢筋锚杆的实际锚固效果与钢筋锚杆相近,但其防腐蚀效果比普通钢筋锚杆优良很多的结论。


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