玻璃纤维锚杆连接系统的力学特性研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zelda999
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玻璃纤维锚杆是一种以玻璃纤维筋材为杆体材料的锚杆,具有质量轻、易切割、高抗拉性能、防静电、抗腐蚀性能强等优点。但也存在锚杆短、抗压抗剪能力差、延展性差等缺点,限制了玻璃纤维锚杆在支护工程中的应用。由于玻璃纤维杆体是热固性、强度差的材料,熔接、套筒挤压连接、机械螺纹连接等方式都不适用多节玻璃纤维杆体的连接。因此有必要对杆体连接方法、锚具形式、连接体荷载传递规律等开展研究。基于此,设计三种玻璃纤维杆体连接器,开展了拉伸试验,确定了胶结套管的连接方案,研究胶结套管连接体在拉伸过程中的应力分布和荷载传递特征,揭示了玻璃纤维杆体胶结套管传力机理,建立了胶结套管连接器和锚具的相关设计方法。(1)设计了楔块式连接器、螺钉预紧式连接器、胶结套管式连接器的三种玻璃纤维杆体对接连接构件,开展了四组拉伸试验,三种玻璃纤维杆体对接连接构件中胶结套管连接构件的玻璃纤维锚杆拉力较楔块式、螺钉预紧式两种连接构件的拉力分别提高了320.0%、119.3%,确定胶结套管连接器作为多节玻璃纤维锚杆的连接方案。(2)开展了27种工况的胶结套管玻璃纤维杆体的拉伸试验,分析了连接器胶结长度、连接器内胶体充盈系数、连接器套管刚度、连接器内胶层厚度、连接器内胶层-玻璃纤维筋界面应变分布等因素对胶结套管连接体的承载能力影响,提出了有效胶结长度、胶体充盈系数的概念以及胶结套管的应力桥传力机理,建议了最小胶层厚度和最小有效胶结长度。(3)应用弹性力学轴对称平面问题的应力函数解答、最大拉应力强度理论,以及杆体-胶体-套管共同工作特征,推导了胶结套管连接器的套管壁厚应力函数,建立套管外直径、内直径、拉力、套管应力的关系,提出了胶结套管连接器的套管壁厚设计方法。(4)研发了单孔夹片式锚具,提出了锚具设计方法。设计、制作了胶结套管连接器、单孔夹片式锚具,通过卧式单向拉伸试验机,开展了杆体直径24mm的胶结套管式玻璃纤维锚杆的4组单向拉伸试验。当胶体充盈系数达到90%时,胶结套管式玻璃纤维锚杆拉力达到372k N,达到支护工程设计参数要求,验证了相关的设计方法和设计参数。结果表明,本文所设计、制作的胶结套管式玻璃纤维锚杆,锚固系统和连接系统在单向拉伸荷载作用下,可以充分发挥玻璃纤维筋拉伸强度,提出的胶结套管连接器套管壁厚设计方法和锚具设计方法可应用于玻璃纤维锚杆的工程设计。该论文有图69幅,表52个,参考文献68篇。
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