GFRP混杂纤维锚杆作用机理及设计理论探讨.pdf

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1、浙江建筑，第33卷，第11期,2016年I1月ZhejiangConstruction，Vo1．33，No．11，Nov．2016CFRP／GFRP混杂纤维锚杆作用机理及设计理论探讨DiscussionontheActionMechanismandDesignTheoryoftheCFRP／GFRPHybridFiberAnchor朱蓝燕，章雪峰ZHULanyan。ZHANGXuefeng(1．浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州310014；2．浙江工业大学工程设计集团有限公司，浙江杭州310014)摘要：CFRP／GFRP混杂锚杆是

2、旨在利用CFRP良好强度特性和GFRP经济性的一种组合锚杆，如何确定合适的配合比例是混杂纤维锚杆设计的一个重要内容。今根据混杂锚杆的受力性能和锚杆的极限平衡状态得出了不同的承载力理论计算表达式，并与锚杆的受力破坏实验结果进行了比较分析，进而提出了以临界混杂比分阶段计算锚杆承载力的方法。同时，借助BURGERS模型，从理论上分析了碳纤维含量对锚杆蠕变性能的影响。理论分析结果表明：在拉伸强度计算时不能忽略基体的影响；碳纤维的加入能明显提高GFRP锚杆的强度以及改善其蠕变性能，并且可提高锚杆材料的强度利用率；当CFRP含量在0．og～0．3

3、0之间时，CFRP／GFRP混杂纤维锚杆具有良好的强度特性和蠕变特性。关键词：单向复合材料板模型；CFRP／GFRP混杂锚杆；BURGERS模型；蠕变性能中图分类号：TU313文献标志码：A文章编号：1008—3707(2016)Il一0024—05混杂纤维复合材料(HFRP)是指由两种或两种中混杂CFRP材料能有效提高锚杆强度并改善其蠕以上的纤维增强同一种树脂基体复合而成。HFRP变性能，同时提高锚杆材料的强度利用率。不仅极大扩展了复合材料的性能和使用范围，使材现有文献对HFRP锚杆性能设计理论探讨极料充分保留单种材料的优点，同时又

4、能弥补单一复少，尤其对其蠕变性能的探讨几乎为空白。本文试合材料的不足，并降低材料成本¨。目前，工程应图将GFRP和CFRP两种复合材料混杂得到CFRP／用的FRP材料主要有GFRP、CFRP、AFRP和BFRPGFRP锚杆，并从强度特性和蠕变特性两个角度出等。不同纤维材料之间可采用不同的方式进行混发，从理论上探讨CFRP／GFRP锚杆的拉伸和蠕变杂，目前较常用的混杂方式有层间混杂、层内混杂、性能。为CFRP／GFRP锚杆强度及蠕变性能研究作夹芯混杂三种。GFRP延伸率高而强度和模量点探索性工作，也可为此类锚杆设计提供理论依据。低，价格

5、便宜，是目前应用最广的一种纤维，但其单1CFRP／GFRP锚杆材料一复合材料使用效果欠佳；CFRP模量和强度高而延伸率低且蠕变性能优良，但价格较高，致使其使用CFRP／GFRP锚杆由CFRP和GFRP混杂制成。受到限制。由GFRP材料制成的锚杆韧性不好易CFRP／GFRP锚杆由纤维和树脂基体复合而成，基体脆断，在锚杆长期使用过程中易发生蠕变，造成预应选用环氧树脂基体。CFRP筋和GFRP筋及基体的力损失，降低锚杆长期耐久性；然而，在GFRP锚杆基本物理力学性能指标见表1。本研究锚杆材料中收稿日期：2016—06—27基金项目：浙江省科

6、技厅公益技术研究社会发展项目(2015C33019)作者简介：朱蓝燕(1992一)，女，浙江衢州人，硕士在读。第11期朱蓝燕等：CFRP／GFRP混杂纤维锚杆作用机理及设计理论探讨纤维所占比例为75％，基体所占比例为25％。A=(1一Vf)／Vf，A为基体纤维含量比，其中表1纤维筋基本物理力学性能指标为纤维含量。将表1中的数据代入得：=0．08，因此，为了达到同时破坏的假设条件，CFRP含量为0．08。当CFRP含量小于0．08时，CFRP先破坏，由GFRP继续承载；当CFRP含量大于0．08时，则混杂纤维锚杆强度主要由CFRP控制。

7、当<时，混杂纤维复合材料拉伸强度为：2CFRP／GFRP锚杆的强度性能分析=[(Vf—)(3)2．1拉伸性能为探讨不同碳纤维含量对锚杆性能的影响，作当>y时，混杂纤维复合材料拉伸强度为：出如下计算假设：=(Vf—Eg+畦(4)1)碳纤维与玻璃纤维同时达到强度；2)各种纤维在锚杆件内是均匀分布的。根据式(3)和(4)计算CFRP／GFRP混杂复合材料的拉伸强度理论值，拉伸强度与碳纤维含量关由假设1)、2)，当不考虑基体的强度时，混杂后系见图1。锚杆极限强度按一般的组合材料方法可简化为：=(A+or。A)／A(1)式中：分别为GFRP、C

8、FRP抗拉强度；A、A分别为GFRP、CFRP所占面积；日A为锚杆截面积。曼以直径为20mm的锚杆为例，计算各种配比下鼎CFRP／GFRP锚杆的极限荷载和极限抗拉强度，拉伸晕强度与碳纤维含量的关系见图1。混杂纤维复合材料