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　　1.引言

 

　　（1）近年來(lái)，城市化進(jìn)程加快，土地資源越來(lái)越難以滿足城市發(fā)展的需求。為了解決有限土地資源與城市化高速發(fā)展之間的矛盾，人們對(duì)地下空間的開發(fā)與利用越來(lái)越重視。大力發(fā)展地下空間，往往存在著抗浮問(wèn)題。目前解決抗浮問(wèn)題主要的方法有壓載抗浮、降排水、抗浮樁[1]和抗浮錨桿等。而抗浮錨桿在施工工藝、施工工期、性能上與其他幾種方法相比有著明顯的優(yōu)越性，其造價(jià)低廉，可大大節(jié)約整個(gè)地下抗浮結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)，所以近年來(lái)愈來(lái)愈受業(yè)主和設(shè)計(jì)人員的青睞。

 

　　（2）抗浮錨桿在地下結(jié)構(gòu)工程中的廣泛使用，通常采用傳統(tǒng)的金屬抗浮錨桿，而傳統(tǒng)的金屬抗浮錨桿在實(shí)際工程中卻存在著很多缺點(diǎn)，其極易腐蝕性尤為突出，使得以傳統(tǒng)金屬抗浮錨桿為主要錨固體系的工程存在著極大的安全隱患。特別是在地質(zhì)復(fù)雜的地鐵抗浮工程中，除了土壤中含有大量的酸、堿、鹽等使金屬抗浮錨桿產(chǎn)生化學(xué)腐蝕外，地鐵中的雜散電流也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕[2]，嚴(yán)重影響了工程的安全性和耐久性。國(guó)內(nèi)外發(fā)生的大量有關(guān)傳統(tǒng)金屬錨桿腐蝕引起的工程事故引起了人們對(duì)其安全性和耐久性越來(lái)越關(guān)注，故有錨桿“定時(shí)炸彈”之說(shuō)[3]。因此，人們對(duì)提高傳統(tǒng)金屬錨桿抗腐蝕性能進(jìn)行了多種嘗試，例如增大混凝土保護(hù)層厚度、錨桿表面抹刷涂層等，但效果依然不理想，直至現(xiàn)在金屬錨桿的腐蝕性問(wèn)題依然沒有得到很好的解決。同時(shí)傳統(tǒng)的金屬錨桿自重大、運(yùn)輸不方便、造價(jià)較高，人們對(duì)新型材料錨桿日益渴望。

 

　?。?）隨著近年來(lái)材料科學(xué)的突起，新型復(fù)合材料錨桿應(yīng)運(yùn)而生，即玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GlassFiberReinforcedPolymer，GFRP）。GFRP抗浮錨桿與傳統(tǒng)金屬錨桿相比，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、運(yùn)輸方便、造價(jià)低、耐腐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)[4]，特別是不受地鐵直流供電系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散電流的影響，開始逐漸應(yīng)用于地下抗浮工程中。

 

 

　　2.1試驗(yàn)材料和設(shè)備。

 

　?。?）本試驗(yàn)所用的GFRP抗浮錨桿在制作GFRP筋的同時(shí)植入準(zhǔn)分布式光纖光柵串FBG，錨桿外部的裸露光纖則用鎧裝光纜包裝加以保護(hù)。錨桿整體為實(shí)芯增強(qiáng)筋，直徑為25mm。

 

　?。?）通過(guò)對(duì)植入光纖光柵串的GFRP錨桿進(jìn)行對(duì)拉試驗(yàn)，最終可得到GFRP錨桿桿體各處軸力、剪力值。本試驗(yàn)采用4根GFRP抗浮錨桿（具體參數(shù)如表1所示），4根錨桿的內(nèi)錨固段（置于巖層中的錨固部分）均被植入光纖光柵串FBG。采用SI425光纖光柵調(diào)節(jié)儀和ThinkPad筆記本電腦作為信號(hào)收集系統(tǒng)。

 

　　2.2考慮到GFRP抗浮錨桿本身抗剪強(qiáng)度差，需在錨桿的自由端上套上1.5m長(zhǎng)的鋼管套，并在鋼管套與錨桿空隙間灌入環(huán)氧樹脂和固化劑混合液，待冷卻凝固后，使其粘結(jié)緊密。試驗(yàn)過(guò)程中將錨具固定于鋼管套上，直接對(duì)鋼管套進(jìn)行拉拔，有效的保護(hù)了GFRP錨桿。

 

　　3.1GFRP抗浮錨桿承載力特征。

 

　　將所得數(shù)據(jù)繪制成GFRP錨桿軸力與深度的變化曲線，可得到以下規(guī)律：

 

　?。?）GFRP抗浮錨桿桿體軸力隨錨固深度的增加逐漸衰減，觀察4個(gè)曲線可知，錨固深度0～0.5m區(qū)域內(nèi)軸力衰減速率明顯大于錨固深度為0.5m～1.3m區(qū)域，而錨固深度為0.5m～1.3m區(qū)域錨桿軸力衰減速率要大于1.3m以下區(qū)域。

 

　?。?）試驗(yàn)中4根GFRP錨桿的軸力分布區(qū)域?yàn)?～2.9m，GFRP錨桿存在臨界錨固長(zhǎng)度，其值為3.0m左右。GFRP1#和GFRP2#的錨固長(zhǎng)度均為4.0m，而GFRP3#、GFRP4#的錨固長(zhǎng)度達(dá)6.5m、7.0m，但4根GFRP錨桿的軸力分布長(zhǎng)度均為3.0m左右，在錨固深度為2.9m處軸力皆趨近于零，可見GFRP錨桿臨界錨固長(zhǎng)度趨于3.0m。

 

　　3.2GFRP抗浮錨桿剪應(yīng)力分布規(guī)律。

 

　　3.2.1GFRP抗浮錨桿的剪應(yīng)力不能直接測(cè)出，但可根據(jù)錨桿的受力情況計(jì)算得出錨桿的剪應(yīng)力，計(jì)算公式如下：

 

　　3.2.2將所得數(shù)據(jù)繪制成GFRP錨桿剪應(yīng)力與深度的變化曲線，如圖6～圖9所示，對(duì)4個(gè)剪應(yīng)力曲線圖進(jìn)行分析，可得到以下規(guī)律：

 

　?。?）GFRP抗浮錨桿的剪應(yīng)力分布曲線存在著剪應(yīng)力峰值，且4根GFRP錨桿剪應(yīng)力曲線中的峰值點(diǎn)均大致出現(xiàn)在錨固深度為1.0m處。

 

　?。?）GFRP抗浮錨桿剪應(yīng)力曲線中，隨著荷載的增大，其剪應(yīng)力峰值也隨著明顯增大，且剪應(yīng)力影響范圍也同時(shí)增大。如GFRP1#剪應(yīng)力曲線中，當(dāng)加載水平為100KN時(shí)，剪應(yīng)力峰值為0.30MPa，當(dāng)加載水平增大至300KN時(shí)，剪應(yīng)力峰值增大至1.15MPa，并且加載水平為300KN時(shí)剪應(yīng)力影響范圍要明顯大于加載水平為100KN。

 

　?。?）GFRP抗浮錨桿剪應(yīng)力曲線中，錨固深度越小，剪應(yīng)力分布越集中且剪應(yīng)力數(shù)值越大，剪應(yīng)力分布范圍越小。從4個(gè)剪應(yīng)力曲線中可知，剪應(yīng)力均分布在錨固長(zhǎng)度為0～3m范圍內(nèi)，而錨固長(zhǎng)度超過(guò)3m時(shí)，剪應(yīng)力基本上都趨于零。

 

　　4.結(jié)論

 

　　GFRP抗浮錨桿桿體軸力隨錨固深度的增加逐漸衰減。

 

　　GFRP抗浮錨桿的剪應(yīng)力分布曲線存在著剪應(yīng)力峰值。

 

　　GFRP抗浮錨桿剪應(yīng)力曲線中，隨著荷載的增大，其剪應(yīng)力峰值也隨著明顯增大，且剪應(yīng)力影響范圍也同時(shí)增大；GFRP抗浮錨桿剪應(yīng)力曲線中，錨固深度越小，剪應(yīng)力分布越集中且剪應(yīng)力數(shù)值越大，剪應(yīng)力分布范圍越小。