论文摘要
纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics FRP),由于具有抗拉强度高、耐腐蚀、抗疲劳性能好、重量轻、抗电磁性等优点,被视为代替钢材和铝材的一种新型土木建筑及岩土锚固材料。本文首先介绍了锚杆在岩土、土木工程中的应用现状,锚固机理和计算理论,以及锚杆材料的发展,并阐述了纤维增强塑料材料的优点和应用前景。接着对本文研究的玻璃纤维增强塑料(Glass Fiber Reinforced Plastics GFRP)进行了详细描述。全螺纹玻璃钢空心锚杆是贵州高新盛远机电有限公司用GFRP为原材料进行加工设计的一种应用前景十分广阔的工程材料。本文主要对该锚杆进行了大量的力学实验(包括拉、压、剪、扭、冲击等),然后重点对杆件本身进行了复合材料预测和弹性力学分析,得出了如下结论和成果:1.玻璃钢的力学性能是由合成树脂(基体)性能和含量以及与纤维界面的粘结性能和玻璃纤维的性能、含量和分布状况决定的。2.基体,复合材料的韧性和耐环境性能(热、湿等)主要取决于树脂的基体材料的某些力学性能。如横向性能、压缩性能等均与基体密切相关,工艺性能也主要取决于基体。全螺纹玻璃钢空心锚杆的树脂基体为弹性支承,当玻璃纤维的含量和分布一定时,提高基体的弹性模量和基体的抗拉(压)强度,可以增强锚杆抗拉(压)的承载能力。3.纤维,复合材料抗拉的力学性能主要取决于玻璃纤维的含量和纤维的分布形式。全螺纹玻璃钢锚杆的宏观抗拉强度通常取决于玻璃纤维的强度,取决于玻璃纤维的含量和分布形式,但基体的存在也会影响纤维和复合材料的强度,纤维主要承受和传递轴向载荷并以某种脆性的方式破坏。4.纤维和基体界面,复合材料中,纤维之间、纤维与基体之间、纤维与基体界面之间存在着不连续性、存在着复杂的相互作用。玻璃钢空心锚杆在轴向拉伸条件下,在非均匀的基体材料中,可能会有微细裂纹的萌生、扩展,而环向方向纤维和纤维体会起到挤紧、止裂作用。纤维和基体界面、增强材料与基体的连接,也传递应力及及其他信息。纤维与基体界面的力学性能,尤其是界面粘结强度和界面断裂韧性是复合材料的重要力学参数。5.当纤维和基体含量不定时,可根据工程特点要求改变二者的含量,纤维含量提高可以增强材料的抗拉能力,而基体含量高时可以增加材料的抗压、抗剪等能力。6.本文做的几组实验数据平均,抗拉强度291.78MPa,抗压强度198.48MPa,扭转切应力强度38.4MPa.弯曲正应力强度376.9 MPa,横向压缩强度389 MPa均能相应满足工程实际需要。7.改性后的空心锚杆外径D=20mm、内径d=9mm,.其抗拉能力稍大于直径为16mm的螺纹钢锚杆,部分或全部取代螺纹钢和钢筋杆件抗拉能力已成为可能。