混凝土结构植筋锚杆锚固理论与拉拔试验研究

论文摘要

近年来混凝土锚固技术在我国建筑业及市政工程中应用日趋广泛,特别是在建筑翻新、建筑用途的改变、建筑抗震加固和设备安装、桥梁加固以及隧道、港口、码头、地下结构、幕墙施工项目中,混凝土锚固技术以其高效、灵活、经济等性能,倍受工程界的青睐,因此充分理解锚固系统的力学机理对于工程设计至关重要。目前对植筋锚杆的研究大多是以工程应用为目的,对植筋锚杆受力机理、粘结滑移性能以及失效模式的关注较少,急需对其进行科学系统的深入研究。本文通过理论分析、试验研究,着重研究了植筋锚杆锚固系统中界面的粘结滑移性能、应力传递规律以及极限抗拔承载力和合理孔径比。取得以下主要成果:基于钢筋表面形态建立了混凝土中植筋锚杆荷载传递的剪胀滑移模型,采用荷载传递函数法,建立弹塑性理论空间模型,得到了植筋锚杆轴力和剪应力沿锚固长度分布的理论解,并对影响锚固效果的因素进行了系统分析。根据拉拔试验分别分析了螺纹钢和圆钢的破坏过程,并应用声发射检测技术,指出粘结滑移的声发射能量特征与荷载滑移呈同步变化关系,验证分析了植筋锚杆拉拔破坏过程。通过螺纹钢与圆钢拉拔试验研究,得到了沿锚固长度的应力分布规律,并与理论结果进行对比分析,吻合较好。根据理论计算公式,指出影响锚固效果的因素为:钢筋表面粗糙度、锚固直径、周围介质强度等,并结合试验数据,运用最小二乘法进行曲线拟合,分别得出粘结强度与各影响因素之间的具体关系式。针对试验现场出现的粘结破坏和锥体—粘结破坏两种不同形式,分别给出了极限抗拔承载力的计算公式。依据锥体—粘结破坏时的破裂面状态特征和极限平衡原理,推导出了能够综合考虑破裂面形状、基体抗拉强度以及侧压力和灌浆压力等因素的极限抗拉拔承载力计算公式,并与试验结果进行了对比分析,吻合较好。以剪胀滑移理论为基础,通过运用弹性力学轴对称问题应力解得锚固层开裂判据,并对合理孔径比进行了理论分析,得出孔径比的合理范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 混凝土锚固技术的发展概况
• 1.2.1 钢筋—基体界面粘结性能的研究现状
• 1.2.2 锚固系统力学特性的研究现状
• 1.2.3 植筋锚杆极限抗拔承载力的研究现状
• 1.3 植筋锚杆存在的问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 基于植筋锚杆表面形态的荷载传递理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 植筋锚杆剪滑扩张理论分析
• 2.2.1 植筋锚杆拉拔法向应力增量弹性分析
• 2.2.2 植筋锚杆拉拔法向应力增量塑性破坏分析
• 2.2.3 植筋锚杆与混凝土结构面剪切滑移模型
• 2.3 植筋锚杆与混凝土共同作用力学分析
• 2.3.1 钢筋位移基本微分方程的建立
• 2.3.2 基本微分方程的求解
• 2.4 实例分析
• 2.4.1 应力分布特征分析
• 2.4.2 钢筋界面失效机理分析
• 2.5 植筋锚杆锚固效果影响因素分析
• 2.5.1 植筋锚杆直径对应力分布的影响
• 2.5.2 植筋锚杆表面螺纹高度和螺纹间距对应力分布的影响
• 2.5.3 初始侧压应力对应力分布的影响
• 2.6 本章小结
• 3 植筋锚杆拉拔试验设计
• 3.1 引言
• 3.2 试验概况
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试验材料
• 3.2.3 试件的设计与制作
• 3.2.4 试验装置和测试方法
• 4 植筋锚杆锚固段力学特性试验研究
• 4.1 圆钢试验分析
• 4.2 螺纹钢试验分析
• 4.3 钢筋应力试验数据分析
• 4.3.1 钢筋轴向应力试验分析
• 4.3.2 钢筋周边环向应力试验分析
• 4.3.3 试验与理论结果对比分析
• 4.4 植筋锚杆—砂浆界面剪切强度的影响因素
• 4.4.1 钢筋直径对界面剪切强度的影响
• 4.4.2 锚固长度对界面剪切强度的影响
• 4.4.3 砂浆强度对界面剪切强度的影响
• 4.5 本章小结
• 5 植筋锚杆极限抗拔承载力研究
• 5.1 引言
• 5.2 植筋锚杆破坏模式
• 5.3 粘结破坏极限抗拔承载力计算
• 5.4 锥体—粘结破坏极限抗拔承载力计算
• 5.4.1 锥体破裂面参数方程
• 5.4.2 锥体—粘结破坏极限抗拔承载力计算
• 5.5 理论与试验结果分析
• 5.6 本章小结
• 6 植筋锚杆合理孔径比分析
• 6.1 引言
• 6.2 剪胀力导致砂浆开裂条件
• 6.3 孔径比对环向应力的影响
• 6.4 合理孔径比
• 6.5 本章小结
• 7 结论
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录