[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

说明书

本发明提供一种玻璃纤维锚杆胶结连接套管的壁厚设计方法，涉及锚杆支护工程技术领域。该方法通过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，从而设计合理的玻璃纤维锚杆胶结连接套管的套管壁厚。本发明能够客观地开展玻璃纤维锚杆胶结连接套管的壁厚设计，保证玻璃纤维锚杆连接的安全性，降低连接套管初步设计中的试验数量，满足锚杆设计强度要求，提高施工效率，降低玻璃纤维锚杆的工程建设成本。

技术领域

本发明涉及锚杆支护工程技术领域，尤其涉及一种玻璃纤维锚杆的胶结连接套管壁厚设计方法。

背景技术

玻璃纤维锚杆是一种易于拆除的锚杆支护结构，对地铁附近的地下工程、相邻地下空间工程的支护结构破拆创造了条件，是一种可以满足未来地下红线保护的支护结构形式。玻璃纤维锚杆的锚杆杆体是玻璃纤维筋材，受到运输条件限制，玻璃纤维筋材一般是6m～12m，这就限制了玻璃纤维锚杆在支护工程上的应用。

由于玻璃纤维筋材本身是一种热固性材料，玻璃纤维筋材一旦成型，现有的焊接、高温熔接、机械连接等形式都不能对多节的玻璃纤维筋材进行可靠连接，必须探索一种新型的连接形式——套管胶结。在实践中，套管的壁厚往往是从大量的试验中总结出来，没有形成科学可靠的设计方法，导致连接套管壁厚的确定盲目性较大，产品定型的成本较高，限制了多节玻璃纤维锚杆的市场推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种玻璃纤维锚杆胶结连接套管的壁厚设计方法，能够科学地确定玻璃纤维锚杆的胶结连接套管壁厚。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种玻璃纤维锚杆胶结连接套管的壁厚设计方法，该方法是采用弹性力学求解套管壁厚，再通过材料力学强度理论进行强度验算，具体如下：

设套管壁厚的应力函数为公式(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，见图1；为原点O到计算点M 间向径与X轴的夹角，见图1；A、B、C、D为应力函数待定系数。

ρ²＝x²+y² (2)

其中，x、y为计算点M的X轴、Y轴坐标，见图1。

由公式(3)可推得角度为公式(7)。

将公式(5)、(6)和(7)代入公式(1)，经整理后得到应力函数的直角坐标系的表达式，见公式(8)。

以为变量，对公式(7)右侧求导，得到公式(9)。

设函数则函数f(x，y)分别对变量x、y的一阶导数分别为公式(10) 和公式(11)。

对应力函数公式(8)求解X、Y轴方向的偏导数，经整理后得到公式(12)和公式(13)。

对公式(12)和公式(13)求导，经整理、化简后，得到套管轴对称平面的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。