純粘結型的最大抗拔力未對GFRP錨桿外錨固段做任何處理,僅憑GFRP錨桿與框架梁內的混凝土之間的粘結,可由下式計算可得GFRP錨桿的最大抗拉拔力:N=dqL其中,L為錨固段的長度,mm;N為錨桿軸向抗拉力,kN;d為纖維增強塑料筋錨桿直徑,mm;q為水泥漿與纖維增強塑料筋拉桿間的粘結強度設計值,參照國家標準錨桿噴射混凝土支護技術規范,取0.8倍標準值,計算可得,30cm錨固長度情況下,GFRP錨桿所能承受的最大抗拔力75.4kN,遠遠低于錨桿的設計拉力220kN。因此,錨桿施工過程中,為防止GFRP錨桿在運行期間從框架中拔出,必須對GFRP錨桿進行端部錨固處理,我們課題組自行設計和研制了GFRP錨桿錨具。
只加錨具的最大抗拔力螺紋耦合半模鋼夾具的特點是能增大夾具與桿體的有效接觸面積,通過固定螺絲使錨桿錨固段承受的壓應力固定不變,克服了樹脂的抗壓強度較小的缺陷,避免了試件在破壞之前端頭被壓壞的現象,有效地解決了滑脫和抽芯問題。單個夾具長度80mm。錨具和錨桿之間的夾持力為解決GFRP錨桿外部端頭錨固問題,課題組對自發研制的螺紋耦合半模鋼夾具的夾持力進行了試驗測試。
本次GFRP錨桿外錨端設計,鋼板厚度為20mm,螺紋耦合半模鋼夾具單個長度為80mm,兩個并行使用長度為160mm。因此,錨固端總長度為180mm,完全可以置于鋼筋籠中間。鋼墊板可以和鋼筋籠搭接成一體。可完全避免錨具和混凝土之間的粘結不足問題。因此,建議采用兩個并行夾具加鋼墊板的方式對GFRP錨桿進行外部端部錨固。3GFRP錨桿內錨固段設計31GFRP錨桿鉆孔直徑錨固段直徑主要取決于錨筋的類型和尺寸、防腐要求、鉆頭尺寸和地層情況。為保證最小的粘結,鋼錨桿的橫截面積As與鉆孔面積Aa之比在215%之間,一般取5.512.5%。對于GFRP錨桿,Ag與Aa之比為812%。對于K60-32錨桿,鉆孔直徑為90110mm。
托架施工設計在錨桿加固施工中,托架主要起一個固定錨桿位置的作用,即把加固錨桿固定在鉆孔的中部,這樣灌漿后,漿液會把錨桿裹在正中間。鋼鋼筋錨桿托架的施工主要是把支架焊接在鋼筋錨桿上,每一個位置焊接兩個支架即可保證錨桿處于鉆孔的中心位置。由于GFRP錨桿的組成材料為玻璃纖維,托架施工工藝不能像鋼筋錨桿那樣簡單的焊接支架,為此我們專門設計和研制了GFRP錨桿托架。
托架沿GFRP錨桿桿身放置的位置同支架沿鋼筋錨桿桿身放置的位置。沿錨桿桿體每隔兩米放置一個托架。錨固長度在螺紋型GFRP筋全長粘結型錨桿的錨固長度設計中,假設粘結應力在巖土地層與膠結材料、GFRP錨桿與膠結材料界面上均勻分布,則螺紋型GFRP筋粘結型錨桿的錨固力由公式計算。若錨桿軸向拉力設計值已知,則錨固長度應分別滿足:KNfNfu即:KNfDqrLa(5a)KNfdqsLa(5b)因此,錨固段長度可按下列公式計算,并取其中的較大值:La=KNfDqr(6a)La=KNfdqs(6b)其中,La為錨固段的長度,mm;Nf為錨桿軸向拉力設計值,kN;K為安全系數;D為錯固體直徑,mm;d為纖維增強塑料筋拉桿直徑,mm;qr為水泥漿與巖石孔壁間的粘結強度設計值,參照國家標準錨桿噴射混凝土支護技術規范,取0.8倍標準值。錨固長度設計值取式中兩者的較大值。
一般來說,要求錨固長度在36m之間。若錨固長度太短(小于3m),在錨固區內,巖石特性的突然變化或施工誤差都可能大大減小錨桿的拉拔承載能力。本項目現場試驗中,進行了同種圍巖條件下不同錨固深度的GFRP錨桿張拉試驗。試驗結果表明,全風化圍巖條件下,32GFRP錨桿最小錨固長度超過3.0m.而弱風化圍巖條件下,32GFRP錨桿的最小錨固長度超過2m。