[发明专利]一种玻璃纤维锚杆胶结连接套管的壁厚设计方法

权利要求书

1.一种玻璃纤维锚杆胶结连接套管的壁厚设计方法，其特征在于：采用弹性力学求解玻璃纤维锚杆胶结连接套管的套管壁厚，再通过材料力学强度理论进行强度验算，具体方法如下：设套管壁厚的极坐标应力函数为公式(1)：

其中，φ为应力函数，ρ为原点O到计算点M间的向径长度，为原点O到计算点M间向径与X轴的夹角，见附图1；A、B、C、D为应力函数待定系数；

应力函数的直角坐标系表达式为公式(8)：

其中，x、y为计算点M的X轴、Y轴坐标；

套管轴对称平面的σ_x、σ_y、τ_xy应力分别为公式(14)、公式(15)和公式(16)：

其中，σ_x为M点在X轴方向的正应力；σ_y为M点在Y轴方向的正应力；τ_xy为M点在XOY平面的剪应力；

根据边界条件，求得应力函数待定系数A、B、C、D为公式(21)：

套管应力σ_x、σ_y、τ_xy的应力解为公式(22)、公式(23)、公式(24)：

在套管中杆体的连接位置，两根杆体对接，在套管外表面处的坐标为：x＝0，y＝r₁；套管应力为公式(25)：

从公式(25)中的σ_x可以推导出r₂为公式(26)：

在连接套管传力过程中，玻璃纤维锚杆杆体-胶体-套管处于共同工作，在两根杆体的连接处，杆体所受外荷载传递给套管，X轴方向处于单位面接上的静力平衡状态(应力平衡)，可认为杆体应力全部作用于套管，即为玻璃纤维杆体-胶体的平均应力，为套管的平均应力，套管外径r₂可表示为公式(27)：

其中，E_杆为杆体弹性模量，ε_u杆为杆体极限线应变；

因此，套管壁厚t可通过公式(28)计算，

t＝r₂-r₁ (28)

其中，t为套管的壁厚；

当选择玻璃纤维杆体直径和胶层厚度后，既可以确定r₁；由公式(27)计算套管外径r₂值，并采用公式(28)计算套管壁厚；

在计算套管壁厚后，选择套管至少三个截面的外径点位置(y＝r₂)，验算套管轴线方向的抗拉强度(X轴方向)和套管径向强度(Y轴方向)满足公式(29)和公式(30)，保证形成应力桥使得杆体荷载通过套管的传递，

其中：[σ]为所用套管材料极限抗拉强度；[σ′]为所用套管材料屈服强度。