《複合功能梯度錨桿M-FRP與岩體相互作用的力學行為研究》是依託同濟大學，由鄭百林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複合功能梯度錨桿M-FRP與岩體相互作用的力學行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭百林
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
FRP錨桿良好的防鏽性能使其在土木工程中的套用迅速擴展，但是較差的延展性同時又制約著其廣泛使用。本項目擬研究一種新型複合功能梯度錨桿M-FRP（Metal-FRP），同時解決防鏽和延展性問題，拓展FRP錨桿的使用範圍，提高其力學性能和耐久性。新型M-FRP錨桿需要解決幾個基本力學問題：1、建立M-FRP與岩體相互作用的力學模型，研究分析錨岩界面力的相互作用以及損傷、斷裂等力學機理；2、M-FRP本構關係以及功能梯度層力的傳遞方式研究；3、岩體流變效應所引起的預應力損失對M-FRP錨桿受力影響性分析。新型錨桿的結構主要依賴於錨岩相互作用的力學環境，採用細觀力學、複合材料力學、界面力學、流變力學等基本理論，藉助數值計算分析和實驗測試，建立M-FRP的本構及其與岩體相互作用的力學模型，形成分析方法，為其微結構設計與工程套用奠定力學理論基礎。
結題摘要
本項目核心是為了解決土木工程中金屬錨桿鏽蝕和FRP錨桿脆斷提出了功能梯度複合型錨桿，引出了幾個基礎性問題：1、功能梯度材料的彈性力學理論求解；2、含功能梯度層的多材料力學求解方法；3、岩體流變效應對含功能梯度錨桿結構的相互作用力學機理。 複合功能梯度錨桿與岩體相互作用力學行為，是本項目需要解決的關鍵科學問題。 2011年獲得資助後，組織3名教授、3個博士生、4名碩士生建立研究組，圍繞申請書中研究內容具體開展了以下研究工作： 1、針對梯度非均勻材料彈性力學分析中的一些基本問題，以經典的彈性力學求解方法—傅立葉級數方法為基礎，系統地進行了模量呈線性和指數變化情況的研究。 2、複合功能梯度錨桿MFRP與岩體相互作用是本項目的重點研究內容之一，從錨固體荷載傳遞機理、岩體流變特性對錨桿應力分布的影響以及夾粘彈性層功能梯度複合梁方面研究了錨岩相互作用機理。 3、研究了功能梯度及其複合材料的數值解法和基於層合板理論的等效解法。 4、探討了功能梯度錨桿結構設計原理、分析方法、實驗測試方法以及試件加工製作方法。 以上工作完成了申請書主要基礎理論部分和基本實驗測試部分，由於所設計的功能梯度層技術要求高，難以達到理想水平，所製作試件可以滿足針對錨桿本身的理論分析要求，而對室外的現場測試因為意義不大而放棄。這些研究數據藉助於已有錨岩室外測試文獻數據可以支持本項目理論研究。 培養博士研究生3名（2名畢業），培養碩士研究生4名（3名畢業）。 共發表學術論文18篇，其中SCI文章6篇，EI文章5篇。 所取得的具體學術成果有： 1、獲得了梯度非均勻多相材料線上性和指數變化下的彈性力學解； 2、基於特徵法得到了非均勻材料聖維南衰減率，解決了非均勻材料端部應力集中問題； 3、採用經典的“交叉級數疊加法”理論求解了非均勻問題的彈性場，獲得了矩形非均勻材料解析解； 4、建立了夾粘彈性層功能梯度複合梁力學模型，分析粘彈性界面對功能梯度應力分布的影響； 5、採用分離式模型，利用cohesive單元模擬界面粘結滑移本構關係，建立了軸對稱拉拔有限元模型； 6、根據基於荷載傳遞機理理論的錨桿軸力基本微分方程，獲得了Kelvin微元體和經驗流變模型微元體的軸力隨時間的變化規律； 7、建立了含功能梯度多材料有限元方法及基於層合板理論的等效方法； 8、初步形成了新型MFRP試件製作及實驗方法。
