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原文传递一种全长黏结GFRP抗浮锚杆轴力与位移分布的分析方法

专利名称：	一种全长黏结GFRP抗浮锚杆轴力与位移分布的分析方法
摘要：	本发明属于岩土工程应力分析技术领域，涉及一种全长黏结GFRP抗浮锚杆轴力与位移分布的分析方法，将锚杆杆体与锚固体视为整体，采用线弹性理论分析方法，单独对锚杆杆体受力情况进行分析，从而解释实际情况中锚杆杆体发生滑移破坏的现象；而且区别于非全长黏结抗浮锚杆，从细观角度描述了全长黏结GFRP抗浮锚杆的力学与位移性能；并通过与实测试验数据比对进行修正，建立的函数模型精度高，为进一步从细观研究全长黏结GFRP抗浮锚杆在不同深度处的受力规律提供理论依据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	青岛理工大学
发明人：	白晓宇;张明义;匡政;张亚妹
专利状态：	有效
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201810522758.X
公开号：	CN108716227A
代理机构：	青岛高晓专利事务所(普通合伙) 37104
代理人：	黄晓敏;于正河
分类号：	E02D33/00(2006.01)I;E;E02;E02D;E02D33;E02D33/00
申请人地址：	266061 山东省青岛市市北区抚顺路11号
主权项：	1.一种全长黏结GFRP抗浮锚杆轴力与位移分布的分析方法，其特征在于具体过程包括以下步骤：(一)采用非金属抗浮锚杆加载装置对全长黏结GFRP抗浮锚杆进行拉拔破坏性试验，得到全长黏结GFRP抗浮锚杆杆体轴力、杆体位移沿锚固深度的实测值；(二)建立全长黏结GFRP抗浮锚杆杆体轴力、杆体位移沿锚固深度的分布函数模型，具体过程为：(1)将全长黏结GFRP抗浮锚杆视为独立弹性体，建立其基于线弹性理论的受力模型，地上自由段受拉拔荷载作用，并在地下锚固段与锚固体接触面产生摩阻力，取锚杆中某一深度处的单元体为研究对象，其上表面受此深度轴力作用，下表面受此深度轴力与轴力经过此单元体的变化量的合力，四周则受其与锚固体接触面在此深度的摩阻力，受力模型中P、τ分别代表锚杆所受拉拔力以及与锚固体之间的摩阻力，p(x)、τ(x)分别代表深度x处单元体锚杆的轴力与摩阻力，dSae(x)、dSas(x)分别代表深度x处单元体锚杆的弹性变形量与相对于周围岩土体的滑移量；(2)根据上述步骤(1)建立的受力模型，确定关于抗浮锚杆弹性位移沿深度分布函数Sae(x)的二阶常系数齐次线性微分方程，具体过程如下：(a)由静力平衡条件可得：dp(x)＝‑2πrτ(x)dx (1)，式中，r为抗浮锚杆杆体的半径，dx为单元体锚杆长度,dp(x)为为轴力传递通过单元体锚杆后的变化量；(b)根据胡克定律，抗浮锚杆弹性变形与轴力的关系为：式中，E为GFRP锚杆杆体的弹性模量；(c)对公式(2)进行求导，并将式(1)代入求导后的公式(2)中，得到微分方程：(d)忽略机械咬合力和化学黏着力的作用，即假设抗拔力完全由摩阻力τ提供，则由广义胡克定律得到的轴力与弹性位移的关系式P(x)＝‑k·S_ae(x) (4)可改写为式中，L_a为抗浮锚杆锚固长度；k为锚杆材料的劲度系数，其表达式为式中，S_r为锚杆端部总位移，S_b为锚固体总位移，二者之差为锚杆杆体弹性伸长量；将式(6)代入式(5)得(e)将式(7)代入式(3)后，得到关于S_ae(x)的二阶常系数齐次线性微分方程：为简化计算，设：因此式(8)可化简为：(3)引入边界条件[x＝0,p(x)＝P]；[x＝L_a,p(x)＝0]对式(10)求解，得到：(4)根据Sae(x)的函数表达式(11)，建立全长黏结GFRP抗浮锚杆杆体轴力、杆体位移、杆体与锚固体接触面的摩阻力沿锚固深度的分布函数模型：(a)根据抗浮锚杆弹性变形与轴力的关系式(2)，求得杆体轴力沿锚固深度的分布函数模型为：(b)将抗浮锚杆表面摩阻力与其剪切滑移视为线弹性关系，得到杆体与锚固体接触面的摩阻力沿锚固深度的分布函数模型：式中G_s为锚杆与锚固体界面的剪切模量，代表锚杆产生单位滑移所产生的摩阻力；根据《混凝土结构设计规范》(GB50010‑2011)，混凝土材料的剪切模量取相应弹性模量的40％，因此杆体位移沿锚固深度的分布函数模型为：(5)将步骤(4)中求得的各函数模型与试验实测结果进行比对，并针对二者误差对模型进行修正；如需修正，根据通过函数模型计算得到的结果与试验结果数据之间的倍数关系范围，以此确定函数修正系数的取值范围，再根据具体情况在此范围内确定函数的修正系数。
所属类别：	发明专利