纤维增强塑料筋锚杆及其应用

纤维增强塑料(FRP)筋锚杆在岩土工程中的应用是目前国际土木工程领域研究开发的热点。介绍了锚杆材料的发展,讨论了纤维增强塑料筋锚杆的组成、生产工艺和这种锚杆的优点及其工程应用,并对纤维增强塑料筋锚杆锚具的设计问题也进行了简单的讨论。

纤维增强塑料筋锚杆锚固性能的数值分析

将纤维聚合物筋锚杆与锚固体之间的粘结层简化为粘结界面,以纤维聚合物筋锚杆、锚固体的应力应变本构关系以及纤维聚合物筋锚杆与锚固体的非线形粘结滑移本构关系为基础,利用数值叠代和递推计算方法实现了纤维聚合物筋锚杆与锚固体锚固性能的计算机模拟试验,并以纤维聚合物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加载端拔出力与滑移的关系.

FRP筋锚杆拉拔试验剪切刚度变化及损伤力学模型

为了研究纤维增强塑料(fiber reinforced plastic,FRP)筋锚杆锚浆界面剪切刚度的变化规律,对多组试验数据的剪切刚度进行计算分析拟合,得到FRP筋锚杆锚浆界面剪切刚度随剪切位移呈指数衰减的变化规律。结合损伤力学理论,基于等效应变假定,分别建立基于Weibull和幂函数分布的剪应力与剪切位移模型,与拟合得出的规律对比,结果表明:基于拟合得出的规律以及Weibull概率分布所建立的模型与试验数据较为吻合,FRP筋锚杆锚浆界面剪切刚度的劣化规律随着剪切位移增大呈指数形式,并在此基础上进行了锚杆的传力分析。

考虑剪切–滑移刚度变化的纤维筋锚杆锚固性能的能量算法

纤维增强塑料筋锚杆具有的高强度、耐腐蚀特性使其比传统钢锚杆更具应用前景,目前其相关研究尚处于起步阶段。锚固力学特征分析对其应用于锚固工程具有直接的指导意义,对此从纤维增强塑料筋锚杆拉拔试验所得P-s曲线出发,建立锚固段剪切滑移刚度沿程变化的界面黏结–滑移本构模型,该模型包含了对锚杆材料属性、岩土体性质、围岩应力状态以及接触面性质的综合反映。结合受力平衡方程和变形协调方程,以最小势能原理为约束条件,在边界条件下,通过离散迭代求解了端部锚固锚杆在拉拔荷载作用下锚固体轴向应力、侧阻力以及相对滑移的分布演化规律,并从能量角度推导端锚条件下锚杆临界锚固长度的计算模型。算例计算结果与实际工程所测得的规律和趋势相符,验证算法的合理性。该算法能够为纤维增强塑料筋锚杆锚固系统的分析和设计提供理论参考。

弹性状态下全长黏结型纤维筋锚杆锚固性能的能量算法

纤维增强塑料筋锚杆通过全长黏结的方式应用于隧道、矿山巷道的支护,具有广阔前景。从能量角度出发,考虑锚固段剪切-滑移刚度沿轴向的变化,结合受力平衡方程和变形协调方程,在最小势能和边界条件的约束下,通过离散迭代求解弹性状态下全长黏结型纤维筋锚杆在不同荷载、不同长度下轴向应力、侧阻力和相对滑移的分布演化规律,并探讨开挖面空间效应的影响。所得理论计算结果与实际工程所测得的规律和趋势相符,可为全长黏结型纤维增强塑料筋锚杆锚固系统的分析和设计提供参考和借鉴。