海水环境下纤维水泥土中GFRP筋黏结性能研究

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加筋水泥土桩(锚)常用于软土地区的基坑支护,加筋体-水泥土界面的黏结性能对支护结构的承载性能有重要影响,具有良好抗腐蚀性能的玻璃纤维增强塑料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)筋,可取代钢筋作为加筋体被应用于含盐量较高的海边软土地区的基坑支护中,此外在水泥土中掺纤维可有效提高水泥土的抗拉和抗弯强度。为了给GFRP筋水泥土支护结构的承载性能的计算理论提供依据,同时实现建筑垃圾的废物利用,本文在多种制样/养护环境下,对掺入建筑垃圾的纤维水泥土中GFRP筋的黏结性能开展了试验研究,并基于所建立的模型,通过理论分析和数值模拟,研究了GFRP筋全长的受力变形特征,主要工作成果如下:首先,考虑制样/养护环境、水泥掺入比、纤维掺入比、建筑垃圾掺入比四个因素,基于均匀试验设计方法确定的试验方案,开展36组加筋体的拉拔试验和纤维水泥土立方块无侧限抗压强度试验,得到了纤维水泥土中GFRP筋界面的黏结滑移曲线。通过试验得到的第一峰值黏结强度(tf)样本点建立Kriging模型,据此预测不同试验环境和材料配比下拉拔试样的第一峰值黏结强度,并通过控制变量对各因素与峰值黏结强度的影响关系进行了分析。其次,分析软化段出现波动式衰减的曲线形态特征,得到了水泥土无侧限抗压强度与第一峰值黏结强度的关系、第一峰值黏结强度与黏结滑移曲线上的其余特征点黏结强度的关系,以及GFRP筋肋距与各特征点位移的关系。并基于曲线上4个特征点的强度和位移值,建立了考虑“肋效应”(由筋体带肋导致黏结滑移曲线软化段出现波动式衰减的现象)的纤维水泥土中GFRP筋界面黏结滑移模型。再次,提出基于纤维水泥土的无侧限抗压强度和GFRP筋的肋距值,建立纤维水泥土与GFRP筋界面黏结滑移模型的方法,并验证了该方法的可靠性。研究结果表明:该黏结滑移模型对GFRP筋-纤维水泥土界面黏结滑移曲线有较好的拟合和预测效果。最后,根据所建立的GFRP筋黏结滑移模型,基于荷载传递法分析了全长GFRP筋的受力变形特征。同时,使用离散元软件模拟加筋纤维水泥土拉拔试验,得到了加筋体顶端的荷载位移曲线。并且探讨了无侧限抗压强度、肋距对加筋体抗拔承载力的影响。结果表明,提高纤维水泥土无侧限抗压强度可有效增强加筋水泥土桩锚结构的承载能力,适当增大GFRP筋的肋距可有效降低加筋体的相对位移。
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