纤维增强塑料筋锚杆锚固机理及设计方法的研究

【摘要】： 钢锚杆加固技术是岩土工程加固的一种重要手段，它能比较充分地调动和提高岩土体自身的强度和稳定性，缩小结构物尺寸和减轻其自重，显著节约工程材料。随着锚固技术的拓宽和发展，钢锚杆几乎应用于土木建筑领域的各个方面，如在边坡、基坑、矿井、隧道、地下工程、坝体、机场、港口、挡土墙、桥台锚固等工程建设与改造中都已得到广泛应用。 工程应用表明，钢锚杆在锚固工程的应用中也存在着一些突出的问题，如钢锚杆的腐蚀及防腐处理、自重大、运输和安装困难等。钢锚杆的这些不足一定程度上制约了钢锚杆的应用，尤其是钢锚杆的腐蚀不仅影响结构的耐久性，严重时还会出现重大工程事故。纤维增强塑料筋是以纤维为增强材料，以合成树脂为基体材料，并掺入适量辅助剂，经拉挤成型技术和必要的表面处理所形成的一种新型复合材料，具有比强度高、耐腐蚀性能好、可设计性强、抗疲劳性能好、耐电磁等独特优点。因此，用纤维增强塑料筋锚杆代替传统的钢锚杆能够克服钢锚杆的这些不足，纤维增强塑料筋锚杆为锚固技术在岩土工程中的应用开辟了更为广阔的应用前景。 但是，目前对于纤维增强塑料筋锚杆的研究和应用相对较少。在我国，理论研究处于起步阶段，生产应用及设计理论方面几乎是空白。概括国内外的研究现状主要存在以下几方面的问题：①纤维增强塑料筋锚具受力性能研究较少；②纤维增强塑料筋锚杆与水泥浆、水泥砂浆的粘结性能研究不够；③考虑纤维增强塑料筋拉杆、粘结材料(如浆体)性能、岩体之间的相互作用的纤维增强塑料筋锚杆承载力计算方法还没有引起应用的重视。 为了推动纤维增强塑料筋锚杆在锚固工程中的广泛应用，本文在国家自然科学基金(项目名称：纤维增强塑料筋锚杆锚固机理研究，编号：50079028)和河南省杰出青年基金的资助下，以试验数据为基础，通过理论分析，对纤维增强塑料筋锚杆的受力性能进行了较深入的研究。主 郑什1大学硕士学位论文 要研究成果如下： （1）详细论述了纤维增强塑料筋与混凝土粘结性能试验方法、粘结 机理及影响因素。根据纤维增强塑料筋与混凝土之间的传力机理，讨论； 了粘结应力、纤维增强塑料筋应力以及锚固长度之间的关系，建立了纤 维增强塑料筋混凝土粘结计算的基本公式。 （2）在总结国内外己有的纤维增强塑料筋与混凝土粘结滑移本构模 型的基础上，提出了纤维增强塑料筋与棍凝土粘结滑移的连续曲线本构 模型。该模型以粘结滑移曲线的三个关键点为基础，物理概念明确、光 滑连续，并与试验结果吻合良好。 （3） 把纤维增强塑料筋锚杆与锚固体之间的粘结层简化为粘结界 面，以纤维增强塑料筋锚杆与锚固体的非线形的粘结滑移本构关系为基 础，利用数值叠代方法和递推计算对纤维增强塑料筋锚杆与锚固体锚固 性能进行全过程分析，并以纤维增强塑料筋与混凝土的粘结锚固问题为 例进行了数值分析，得到了纤维增强塑料筋与混凝土的粘结力与滑移及 锚固长度与滑移的关系。 N）将纤维增强塑料筋与锚固体的粘结滑移本构关系简化为四折 线，利用粘结锚固基本方程，通过解粘结滑移微分方程，求出粘结滑移 问题基本量（滑移、粘结应力。锚固长度、纤维增强塑料筋应力及拔出 力）之间的关系表达式。 （5）探讨了纤维增强塑料筋粘结型锚杆锚固力的计算方法，建议了 纤维增强塑料筋拉杆与水泥浆之间粘结强度值，提出了适合于纤维增强 塑料筋粘结型锚杆特点的锚杆结构设计方法。