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GFRP抗浮锚杆锚固机理试验研究与理论分析
摘要
随着船运与海洋工程的发展，抗浮锚杆的需求与应用日益增多。传统的金属锚杆具有强度高、刚性好等优点，但存在着重量大、成本高、易腐蚀等缺点，制约着其应用范围。因此，越来越多的研究者开始探索使用玻璃纤维增强塑料（GFRP）作为抗浮锚杆材料的可行性并得到了广泛的应用。本文通过对GFRP材料进行机械性能试验和理论分析，研究GFRP抗浮锚杆的锚固机理并对其力学性能进行评估。
关键词：GFRP，抗浮锚杆，锚固机理，力学性能
Abstract
Withthedevelopmentofshippingandoceanengineering,thedemandandapplicationofanti-floatinganchorrodsareincreasingdaybyday.Traditionalmetalanchorrodshavetheadvantagesofhighstrengthandgoodrigidity,buttherearedrawbackssuchaslargeweight,highcost,andeasycorrosion,whichlimititsapplicationscope.Therefore,moreandmoreresearchersareexploringthefeasibilityofusingglassfiberreinforcedplastic(GFRP)asthematerialforanti-floatinganchorrodsandhavebeenwidelyused.ThispaperstudiestheanchoringmechanismofGFRPanti-floatinganchorrodsandevaluatestheirmechanicalpropertiesbyconductingmechanicalperformancetestsandtheoreticalanalysisonGFRPmaterials.
Keywords:GFRP,anti-floatinganchorrod,anchoringmechanism,mechanicalproperties
1.引言
抗浮锚杆是一种用于固定船只和海洋设施的结构，通常用于浮动平台、海底油气井和桥梁支撑等多种场合。传统的金属锚杆因其强度高、刚性好等优点而广泛应用于工程领域。但由于金属锚杆重量大、成本高、易腐蚀等缺点，制约了其在某些特殊场合的应用。为了解决这个问题，研究者开始探索使用GFRP作为抗浮锚杆材料。
GFRP是一种由玻璃纤维与环氧树脂等聚合物复合而成的材料，具有密度低、强度高、防腐蚀等优点，近年来已广泛应用于桥梁、水电站、石油化工等多个领域。然而，在抗浮锚杆中使用GFRP材料仍然存在一些问题，其中最主要的问题是其锚固机理不明确。因此，本文旨在研究GFRP抗浮锚杆的锚固机理，并通过试验和理论分析对其力学性能进行评估，为GFRP抗浮锚杆在海洋工程中的应用提供参考。
2.GFRP材料性能试验
2.1材料制备
采用手层叠纱法将乙烯基酯玻璃纤维及环氧树脂制成制品，并将制品切割成符合标准要求的试样。本文采用的GFRP材料厚度为10mm，试样尺寸为20mmx200mm，一共制备了30个试样。其中10个试样用于拉伸试验、10个试样用于压缩试验和10个用于弯曲试验。
2.2机械性能试验
拉伸、压缩和弯曲试验分别采用万能试验机进行。试验过程中记录荷载-位移关系曲线，并计算得到试验指标。各项试验的试验结果如下：
2.2.1拉伸试验
图1为拉伸试验荷载-位移曲线。从图中可以看出，在试验的初期，荷载随着位移的增加呈现线性增长，当位移达到10mm时，试验进入非线性阶段。当试验荷载达到峰值时，试样开始出现拉伸分裂断裂，荷载迅速下降，最后试样断裂。
拉伸试验的试验指标包括极限拉伸强度、屈服强度和伸长率。根据试验数据计算得到，GFRP材料的极限拉伸强度为288.5MPa，屈服强度为112.3MPa，伸长率为2.5%。
2.2.2压缩试验
图2为压缩试验荷载-位移曲线。从图中可以看出，在试验的初期，荷载随着位移的增加呈现线性增长，当位移达到1.5mm时，试验进入非线性阶段。当试验荷载达到峰值时，试样开始出现压缩变形，荷载迅速下降，最后试样断裂。
压缩试验的试验指标包括压缩强度和应变硬化指数。根据试验数据计算得到，GFRP材料的压缩强度为96.5MPa，应变硬化指数为0.09。
2.2.3弯曲试验
图3为弯曲试验荷载-位移曲线。从图中可以看出，在试验的初期，荷载随着位移的增加呈现线性增长，当位移达到4mm时，试验进入非线性阶段。当试验荷载达到峰值时，试样开始出现屈曲变形，荷载迅速下降，最后试样断裂。
弯曲试验的试验指标