纤维增强塑料锚杆锚固性能的数值分析new

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1、第24卷第20期岩石力学与工程学报Vol.24No.202005年10月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringOct.，2005纤维增强塑料锚杆锚固性能的数值分析高丹盈，张钢琴(郑州大学环境与水利学院，河南郑州450002)摘要：以建立的纤维增强塑料锚杆在岩土体中的粘结锚固基本方程为基础，结合纤维增强塑料锚杆的连续光滑粘结–滑移本构关系模式，提出了纤维增强塑料锚杆锚固性能分析的数值计算方法，并通过与FRP锚杆锚固试验结果对比确定有关参数。将数值计算结果与锚固试验结果以及理论

2、计算结果进行了对比分析，验证了数值模拟方法的正确性。关键词：岩土力学；纤维增强塑料锚杆；粘结锚固；滑移；迭代算法中图分类号：TU457文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)20–3724–06NUMERICALANALYSISOFANCHORAGEBEHAVIOROFFIBERREINFORCEDPLASTICBOLTSGAODan-ying，ZHANGGang-qin(SchoolofEnvironmentandWaterConservancy，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou

3、450002，China)Abstract：Basedonthetheoreticaldifferentialequationsoffiberreinforcedplastic(FRP)boltsanchoredintherock，andcombinedwiththecontinuoussmoothbond-slipcurveofFRP，thenonlinearnumericalcalculationmethodisputforward.Theconcernedparameterscanbedeterminedbycom

4、paringthecalculatingresultswiththoseofanchoragebehaviortests.Moreover，thenumericalsimulationresultsarecontrastedwiththetheoreticalones，andthevalidityofthenumericalsimulationmethodistestified.Keywords：rockandsoilmechanics；fiberreinforcedplastic(FRP)bolt；bondanchor

5、age；slip；iterativealgorithm模型中有的只考虑整个锚固体和岩体之间的作用，1引言有的只考虑锚杆和锚固体之间的粘结力，使得受力模型和受力形式过于简化，计算值难免粗糙，和实纤维增强塑料筋具有强度高(拉伸强度为钢筋际应用中有很大出入。的1.2～1.4倍)、重量轻(为钢筋的1/4)、抗腐蚀和侵本文针对FRP锚固在岩体中的锚杆，考虑锚杆、[1]蚀性好、以及低松弛、耐电磁等优点。用纤维增锚固体和周围岩体之间的相互作用对FRP锚杆与混强塑料(FRP)锚杆取代钢锚杆应用于锚固工程中具凝土锚固体之间的粘结性能的影响

6、，以纤维增强塑[2]有独特的性能和优点。为了更好地推广FPR锚杆在料锚杆与锚固体之间的粘结–滑移本构关系、纤锚固工程中应用，研究其锚固性能具有重要的理论维增强塑料锚杆和锚固体的应力–应变本构关系为意义和实用价值。基础，利用纤维增强塑料锚杆锚固在岩土体中的理由于锚杆在岩土介质中受力的复杂性，以及锚论方程，采用应力调整的迭代数值计算方法编制计固型式的多样性，使得锚杆锚固机理和计算理论不算程序，并以纤维增强塑料锚杆拔出情况下的受力尽相同。目前国内外对FRP锚杆的研究理论和计算状态为例进行计算模拟。收稿日期：2005–06–14

7、；修回日期：2005–09–10作者简介：高丹盈(1962–)，男，博士，1989年于大连理工大学结构工程专业获博士学位，现任教授、博士生导师，主要从事新型建筑复合材料及其结构性能理论与应用方面的教学与研究工作。E-mail：gdy@zzu.edu.cn。第24卷第20期高丹盈等.纤维增强塑料锚杆锚固性能的数值分析•3725•τ(x)=ψ(s)(7)Dc2FRP锚杆在岩体中的粘结锚固基本方程和边界条件边界条件：Fl⎫σ(0)=σ=(加载端锚杆应力)ff⎪FRP锚杆的锚固力主要与纵向的应力、应变及Af⎬(8)界面上的相互作

8、用有关，可利用轴对称近似地将锚σ(l)=0(自由端锚杆应力)⎪f⎭[3]固体和锚杆简化为一维问题来考虑，如图1所示。式中：Af为纤维增强塑料锚杆的横截面面积，l为埋入锚固体中的FRP锚杆的长度，D为锚固体的直径，Dr为锚固体周围一定范围内的岩土体半径，Fl为锚杆加载端部的拉拔力。3材料的本构关系试验表明，纤维增强塑料