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玻璃纤维筋混凝土在地铁工程中的设计与应用.pdf
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1、第 3 6卷第 5期 2 0 1 0年 1 0月 四川建筑科学 研究 S i e h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 1 7 3 玻璃纤维筋混凝土在地铁工程中的设计与应用 卢致强, 刘建伟, 徐晓鹏 ( 成都中铁隆工程有限公司, 四川 成都6 1 0 0 1 5 ) 摘要: 以普通钢筋混凝土结构的设计理论为依据, 得到玻璃纤维筋混凝土构件正截面及斜截面的近似计算公式, 得出了玻 璃纤维筋混凝土构件脆性破坏的机理。玻璃纤维筋首次应用于成都地铁基坑围护结构所取得的成功 , 为玻璃纤维筋将来大 量的应用于混凝土结构工程 , 取 得了宝贵经 验。 关键词: 玻璃
2、纤维筋 ; 抗弯; 抗剪; 盾构井 中图分类号 : T U 3 7 7 9 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 8 1 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 51 7 30 3 De s i g n a n d a p p l i c a t i o n o n g l a s s fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n s u b w a y p r o j e c t L U Z h i q i a n g , L I U J i a n w e i , XU Xi a o p e n g ( R a n k e n R
3、 a i l w a y C o n s t r u c t i o n , L t d , C h e n g d u 6 1 0 0 1 5 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Ba s i n g o n t h e d e s i g n t h e o r y o f o r d i n a r y r e i n f o r c e c o n c r e t e, a p p r o x i ma t e f o r mu l a f o r c a l c u l a ti n g n o rm al s e c ti o n a n d o b fi
4、 q u e s e c t i o n o f g l a s s fi b e r r e i nfo r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s i s e s t a b l i s h e d F u r t h e r l y t h e me c h a n i s m o f b rit t l e f r a c t u r e o f g l a s s fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t ruc t u r e s i s dis c u s s e dTh e g
5、l a s s fib e r s u c c e s s f u l l y i s a pp l i e d i n Ch e ng du me t r o s t rut t e d s t ru c t u r e for e x c a v a t i on, v a l u a bl e e x p e r i e nc e i s o b t a i n e d f o r a l a r g e nu mbe r o f a p pl i c a t i o ns i n c o nc r e t e s t r u c t ur e s i n t h e f u t ure
6、 Ke y wo r d s: g l a s s fi b e r ; b e n d s t r e n g t h; s h e a r s t r e n g t h; we l l s h i e l d 0 引 言 我国城市轨道交通发展十分迅猛 , 已有 1 0个城 市的轨道交通处 于运营或试运 营状态 , 在建线路长 度超过了 3 9 0 k m。地铁造价 昂贵 , 每 k m至少需要 4 5亿元 , 甚至更多的投资。为此 , 地 铁工程建设 成本 的更 加精心化 、 节 约化 , 显得尤 为重要 。新材 料、 新技术在地铁工程中的应用 , 便是节约成本的一 个有效措施 。把新材
7、料用 于混凝土结构 中, 是土木 工程界一直在努力解决的问题 。2 l 世纪初 , 玻璃纤 维筋作为普通钢筋的替代品 , 在地铁车站、 盾构井 的 围护结构工程设计中, 得到了快速的发展, 并取得 了 相当可观的经济效益。 1 玻 璃 纤维 筋 混 凝 土构 件 的 设计 理 论及 一般规定 1 1 设 计原 则 玻璃纤维筋强度高 、 易切割 , 同时还具有 良好的 电、 磁绝 缘性 , 耐久性好 , 不易腐蚀 。但玻璃纤维筋 的弹性模量和延性较低 , 与混凝 土的锚 固能力 同普 收稿 日期 : 2 0 0 9 - 0 7 2 4 作者简介 : 卢致强( 1 9 7 4一) , 男 , 吉
8、林敦化 人 , 硕 士 , 工程 师 , 主要从 事地下结构设计。 E m a i l : 3 6 5 6 0 3 9 9 5 q q c o n 通钢筋有一定差别。玻璃纤维筋 的以上特性说 明, 它在用于混凝土结构构件 的设计计算 时, 与普通钢 筋混凝土构件 的设计方法有一定差异 。基于西南交 通大学 玻璃纤维筋 ( G F R P筋 ) 加强混凝土构件力 学性能试验报告 中相关试验结果 , 并参 照普通钢 筋混凝土结构设计方法 , 提 出了适合玻璃纤维筋混 凝土构件的设计理论 和计算公式。 1 2玻璃 纤维 筋 的抗拉 设计 强度 试验装置如图 1 , 2所示。 图 l试 验 样 本 F
9、i g 1 Ex pe r i m e n t a l s a mpl e 试验表明, 玻璃纤维筋在断裂前不会表现出任 何 的塑性特征 , 直到失效前都表现 出线弹性应力一 应变关系。 抗拉强度设计值 : f f o =C 1 7 4 四川建筑科学研究 第 3 6卷 图 2 试验装置 Fi g 2 Te s t e qu i pme n t 抗拉强度标准值: l u = u 一 d 极限应变设计值: CE Ef u 极限应变标准值 : = 一3 1 3玻璃纤维筋的锚固长度 由单根玻璃纤维筋的平衡条件可知 : z b f 百 f=Af _ b 相关研究表明: 玻璃纤维筋的粘结应力与混凝 土强度和
10、玻璃纤维筋 的直径有关 , 即 K l e 肌 式中 K 为常量 ; 的单位 为 MP a ; d 的单 位为 r l l n 。 fbf : 警 q 3 c 式中 为常量 的单位为 MP a ; d 的单位为 m l q。 1 4 玻璃纤维筋混凝土正截面承载力 试验装置如图 3所示。 图 3 试验装置 Fi g 3 Te s t e q ui pme nt 试验研究表明, 玻璃纤维筋混凝土的受弯承载 力计算模式与钢筋混凝土结构的计算模式相似 , 但 必须考虑玻璃纤维筋的特性 , 对相应 的计算公式进 行修正。 正截面受弯承载力计算的基本假定: ( 1 ) 截面应变保持平面; ( 2 ) 不考
11、虑混凝土的抗拉强度 ; ( 3 ) 混凝土的最大可压缩应变为 0 0 0 3 3 ; ( 4 ) 玻璃纤维筋在破坏前 , 其抗拉强度是线 弹 性的; ( 5 ) 混凝土 和玻璃纤 维筋存在 良好 的粘结性 能。 混凝土构件受力时的等效矩形应力 , 如图 4所 示 。 图 4 平衡破坏 时的应力一应 变 Fi g 4 Ti me ba l an c e d de s t r u c t i o n s t r e s s s t r a i n c ha r t 据此 , 建立力矩平衡方程 : M c d C cb a ( h 0一 )+ f r A f ( o一0 ) 对于玻璃纤维筋混凝土构件
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