锚杆在土木工程领域应用广泛。以钢材为原材料的传统锚杆容易锈蚀,当用作地下工程的结构构件,因其更换困难会对结构的安全性和耐久性带来严峻的挑战。近年来,具有轻质、高强、耐腐蚀、不导电等优良特性的复合纤维增强塑料(Fiber Reinforced Polymer,以下简称FRP)被引入混凝土结构配筋和加固以及各类锚固工程中。目前,对于FRP锚杆的研究和应用相对较少,特别是作为FRP锚杆锚固核心内容的锚固机理,相关的试验数据与研究成果更加有限。 本文研究的玻璃纤维增强塑料(Glass Fiber Reinforced Polymer,以下简称GFRP)是一种高性价比的FRP材料。研究设计了一系列的GFRP锚杆拉拔试验,以评价GFRP锚杆的锚固机理;同时,以试验为基础分析GFRP锚杆的受力性能,推导出描述GFRP锚杆和锚固体承载和变形机理的模型,编制了模拟GFRP锚杆拉拔试验荷载—滑移全过程曲线的有限元程序,可用于分析锚杆的复杂受力过程。本项研究为GFRP锚杆相关设计方法、施工要点、质量检测控制标准提供了必要的基础数据和分析手段,对推动FRP锚杆在锚固工程中的广泛应用有积极意义。 本文的主要研究结论和成果如下: (1)调查并评价了锚杆粘结性能的试验方法,在标准拉拔试验模型的基础之上,建立了符合锚杆力学性能的改进拉拔试验模型。 (2)在改进拉拔试验模型的基础上,对GFRP锚杆在高强砂浆锚固下的锚固性能开展试验研究,重点研究了GFRP锚杆与高强砂浆的临界粘结长度、拉拔承载力、平均粘结强度随锚杆的粘结长度的变化、锚杆直径的变化以及锚固砂浆强度等级的变化进行分析评价,并且分析总结GFRP锚杆拉拔破坏模式,研究GFRP杆件轴向力的分布规律。 (3)参考国内外对锚杆与砂浆粘结本构关系的研究,并结合改进的拉拔试验结果提出GFRP锚杆与砂浆之间的粘结本构关系,并将此本构模型用于数值模拟。 (4)根据轴对称有限元的分析方法,建立了锚杆拉拔有限元模型。 (5)采用改进的弧长法,追踪锚杆拉拔的荷载-滑移全过程曲线,并使用面向