复合锚杆杆筋压花锚设计、杆筋与注浆体粘结特性试验研究

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复合锚杆由混凝土杆身、杆身内的钢管杆骨、钢管内的注浆体和钢绞线杆筋组成。复合锚杆抗拔承载力高于等长普通锚杆,性价比优于普通锚杆。复合锚杆具备防腐性能好、防渗效果佳、节约钢材水泥等优点。目前,工程界与学术界对于复合锚杆不同根数钢绞线在相匹配的钢管内最优粘结长度尚不明确;对于复合锚杆杆筋与基础采用压花锚连接时,压花锚承载力与压花锚的长度、布置形式等参数的关系也不明确。针对上述问题,本文从复合锚杆注浆体与杆筋、杆骨粘结性能,以及复合锚杆杆筋压花锚性能两方面展开研究。对于复合锚杆注浆体与杆筋、杆骨的粘结性能问题,本文以试验为主、理论计算分析为辅的方式展开研究,设计并试验了40个试件,确定了不同根数钢绞线在相匹配的钢管内进行粘结性能试验时的薄弱面为注浆体与钢管间接触面,并获得了该界面极限粘结强度。主要得到以下结论:(1)注浆体与杆骨钢管粘结强度与注浆体类型有关。在满足注浆体强度要求、和易性要求以及方便施工的条件下,注浆体以水灰比为0.5的净浆为宜。(2)在注浆体强度不变的情况下,注浆体与杆骨钢管粘结强度与粘结段长度有关。注浆体与杆骨间粘结长度的增加,会使注浆体与杆骨间极限承载力增大,但极限粘结强度有所下降。(3)对试验结果进行回归分析,获得了注浆体与杆骨间极限粘结强度计算公式,通过近似概率法,分析得到了各型号复合锚杆注浆体与杆骨、杆筋粘结长度设计值。对于复合锚杆杆筋压花锚性能问题,本文以试验为主、数值模拟分析为辅的方式展开研究。设计并试验了24个试件,主要得到以下结论:(1)压花锚拉拔试件的承载能力显著高于相同长度的无压花锚钢绞线拉拔试件。压花锚可以有效减少钢绞线解扭现象的产生,防止钢绞线从混凝土中旋转拔出,提高了压花锚试件的承载能力。(2)复合锚杆杆筋压花锚在实际应用过程中,可在靠近混凝土表面的平直锚固段布置螺旋箍筋或局部钢筋,用以提高压花锚四周混凝土抗裂强度、减少基础底板裂缝产生。(3)建立了复合锚杆杆筋压花锚有限元模型,结合试验结果,给出了复合锚杆杆筋压花锚极限承载力和承载力特征值。增加杆筋压花锚锚固长度、压花锚梨形头间距,可减少杆筋压花锚各级荷载下对应位移值。在工程应用中,可根据实际需要合理设计杆筋压花锚。本文通过足尺试验为主、理论分析及数值模拟为辅的研究工作,得出了不同根数的钢绞线在相匹配的钢管内最优粘结长度、杆筋压花锚极限承载力和承载力特征值,为复合锚杆优化设计提供了参考,可促进复合锚杆设计的标准化、定型化。
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