[01715235]复合材料抗浮锚杆的开发应用

1、课题来源与背景 本项目为自选项目,主要针对抗浮锚杆耐久性问题,将非金属材料（GFRP）引入抗浮锚杆,借助光纤测试等一系列试验,探索GFRP抗浮锚杆应力分布、变形组成、破坏机制、端头外锚（锚入底板）方法及长期载荷作用下的蠕变性能,为GFRP抗浮锚杆的推广应用奠定基础。 2、应用领域和技术原理 主要应用领域为交通运输业和建筑业。 本项目技术原理在于从工程实际需求出发,采用新型光纤测试方法,以GFRP材料的基本性质以及抗浮锚杆的受力理论作为理论基础,通过室内外试验、理论分析及数值模拟的方法全面研究GFRP抗浮锚杆的抗拔性能、界面应力分布、荷载传递规律和破坏机制。 3、性能指标 本项目瞄准学科发展前沿和工程实际需求,将非金属材料引入抗浮锚杆,彻底解决抗浮锚杆的耐久性问题。借助光纤测试等一系列试验,探索GFRP抗浮锚杆应力分布、变形组成、破坏模式及端头外锚方法,建立以变形及承载力双控制为基础的GFRP抗浮锚杆分析理论,提出GFRP抗浮锚杆实用设计方法。实现在硬土质条件下,用便捷高效的GFRP抗浮锚杆取代耐久性能差的金属锚杆或造价昂贵的抗拔桩之目标。锚杆现场试验后邀请国内专家召开一次现场观摩交流会。完成研究报告1份;现场试验（光纤测试）及室内试验（锚固试验）报告各1份;在国内外学术期刊上发表学术论文6篇,其中EI论文3篇;培养1名博士研究生、3名硕士研究生。 4、与国内同类技术比较 迄今为止还没有开展对GFRP抗浮锚杆系统性的研究,工程应用也极为少见。由于不清楚锚固段的应力分布规律,长期以来一直沿用粘结力均匀分布的假设,并且是套用了长锚杆的粘结力;GFRP抗浮锚杆锚固于基础底板之中,所发生的变形,除了锚杆在地表处的变形（内锚固变形）外,还应包括与底板锚固产生的变形（外锚固变形）,并且要考虑长期荷载作用产生的附加变形,目前还未见有文献提出类似的分析;在试验方法方面,GFRP螺旋状筋表面不平,贴应变片时的打磨会造成表面纤维断损,人为造成锚杆初始缺陷,而且应变片容易脱落,所以用普通电测方法不够合理,可采用光纤测试。然而,如果刻槽安装光纤,则刻槽切断螺纹缠绕肋,对锚杆会有较大影响。所以,将光纤植入GFRP锚杆的方法最为理想。本项目就是针对这些科学问题进行研究,获得了很多有益的国际先进成果。 5、成果的创造性、先进性 成果的创造和先进性主要体现在：1) 将非金属GFRP材料应用于抗浮锚杆,从无到有,彻底解除工程界对抗浮锚杆耐久性的担忧;2) 采用植入式裸光感纤传技术对GFRP抗浮锚杆全长受力测试研究。 6、作用意义 本项目瞄准学科发展前沿和我国大规模交通工程建设的急需,当前,城市建设正在火热进行,抗浮锚杆的使用量不断增加,GFRP抗浮锚杆的研究应用有利于降低工程造价和建造放心工程,是一项迫切而又有意义的工作。随着人们对建筑物安全性期待值的提高（深圳海砂事件即为例证）,GFRP抗浮锚杆有着广阔的市场应用前景,会对工程建设水平产生积极的影响和提升,为我国现代化建设提供理论支持,意义重大。 7、推广应用的范围、条件和前景 复合材料锚杆的出现,为岩土锚固增添了新的手段,特别是复合材料优异的耐腐蚀性,解决了困扰岩土锚固界的难题。当前,城市建设正在火热进行,特别是地铁等轨道交通工程,抗浮锚杆的使用量不断增加,GFRP抗浮锚杆的研究应用有利于降低工程造价和建造放心工程,是一项迫切而又有意义的工作。另外,GFRP抗浮锚杆具有传统金属锚杆无法比拟的耐腐蚀优良特性,无论是地下水的腐蚀还是地铁等城市轨道交通中由直流供电系统产生的杂散电流的电化学腐蚀,GFRP抗浮锚杆具有较强的适用性,确保交通工程安全运营,具有广阔的应用前景,会对工程建设水平产生积极的影响和提升,经济效益显著。 8、存在的问题和改进意见 因各方面因素限制,需全面推广,加强工程应用。