玻璃纤维筋

图 2-1
图 2-3
围护桩配筋图（玻璃纤维筋）如图 2-4。
图 2-4
因为在成都基坑围护结构设计中，玻璃纤维筋尚属首次应用，为此，围护桩配筋图中， 受力主筋采用趋向于超筋设计，同时，为增强桩的抗剪承载力，桩直径采用￠1500mm。玻璃 纤维筋与普通钢筋采用搭接方式进行连接，搭接长度不小于 40d，玻璃纤维筋主筋与箍筋之 间采用铁丝绑扎方式进行连接。
a
纤维筋实际应力：
Af f f
1 f c b
ff
1.4.2 正截面受压承载力计算
E
f cu
2
4
f 1 1 c E f cu 0.5E f cu f
≤ffu
Ncu 1 fcbx f f' As' f As
桩的极限侧 阻力标准值 （kPa ）
承载力特征 值 fak（kPa） 120
）
<1> <2-3> <2-5> <2-8-3> <3-7-3> <4-4-2> <4-4-3>
Q4 Q4 Q4 Q4 Q3 Q2 Q2
al
1.93 1.9 2.2 2.3 2.2 2.3
36.07
15.24 28 46
60 30 250 260 220
52 20 150 150 130 150
160 100 600 800 600 800
al
al
fgl+al
fgl+al
fgl+al
52
260
中风化 泥岩
<5-3>
K2g
2.3
45
220
500
2.3 计算结果及配筋 基坑端头段围护结构钢支撑竖向采用 4 道，基坑深度 20m，基坑等级为一级，施工阶段 为降水工况。 采用 “增量法” 计算围护桩内力， 结果如下表 2-2， 内力位移包络图如下图 2-1， 三种计算方法的地表沉降图如图 2-2 所示。 表 2-2 段 号 1 2 3 内力类型 基坑内侧最大弯矩(kN.m) 基坑外侧最大弯矩(kN.m) 最大剪力(kN) 弹性法 计算值 1317.04 1294.97 914.03 经典法 计算值 1273.88 918.45 578.73 内力 设计值 1539.29 1513.50 1256.79
图 1-1
试验样本
图 1-2
试验装置
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-应变关系。 玻璃纤维筋设计指标的计算 抗拉强度设计值
* f fu CE f fu
抗拉强度标准值
* f fu fu 3 f
极限应变设计值
fu CE * fu
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
卢致强：1974 年生，工程师，硕士。 刘建伟：1979 年生，工程师，硕士。 徐晓鹏：1979 年生，工程师，硕士。
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（GFRP 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 1-1、1-2。
我国城市轨道交通发展十分迅猛，已有 10 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 390 公里。 地铁造价昂贵。 每公里至少需要 4 至 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。本世纪初，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。并取得了想当可观的经济效益。
x ' N cu e 1 f cbx(h ) f y' AS (h0 as' ) 2 e ei
大偏心时，
h as 2
b ， f f f ；
小偏心时，
b ，
fi E f cu (
1h0i
x
1)
，
fi
x 1 ) b 1 h0i 。 (
，
f fv 0.002 E f f fb 百度文库（0.05
。
2 成都 1 号线后子门盾构井工程设计实例
2.1 工程概况 本盾构井为成都地铁 1 号线人民北路站至天府广场区间盾构工作井兼盾构施工完毕后 的轨排井， 基坑围护结构采用采用人工挖孔桩。 为改变传统的盾构进出洞端头地层加固方法， 便于盾构施工， 提高盾构进出洞施工的经济性和安全性， 本处盾构工作井端头围护桩盾构施 工影响范围内的钢筋采用玻璃纤维筋。 本段区域内均为第四系（Q）地层覆盖。地表多为第四系人工填筑（Q4 ）杂填土覆盖， 其下为第四系冲积 （Q4 ） 粘土、 卵砾石土夹粉细砂； 第四系上更新统冰水沉积、 冲积 （Q3 及第四系中更新统冰水沉积、 冲积 （Q2 泥岩。 2.2 设计参数 端头盾构施工影响范围内围护结构采用桩直径 1500mm，间距 2000mm。桩的嵌固深度采 用 5000mm。岩土物理力学参数建议值如表 2-1. 表 2-1
极限应变标准值
* fu u 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：
lbf d f A f ,bar f fu
相关研究表明：玻璃纤维筋的粘结应力与混凝土强度和玻璃纤维筋的直径有关，即：
K1 f c f db
K1 为常量， f c 的单位为 Mpa， d b 的单位为 mm，则：
图 1-4 平衡破坏时的应力应变图 据此，建立力矩平衡方程：
a M 1 f c ba ( h0 ) f fu A f ( h0 as' ) 2
对于玻璃纤维筋混凝土构件来说， 它的破坏形态均为脆性破坏。 玻璃纤维筋变形增大所 引起的混凝土受压破坏，与适筋混凝土梁的破坏基本类似，具有预兆性。为此，需将构件设 计为受压破坏的超筋结构。 弯矩设计值、等效受压区高度、相对界限受压区高度分别为：
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
【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】玻璃纤维筋；抗弯；抗剪；盾构井
岩土名 称 人工填 土 粉质粘 土 粉细砂 密实卵 石土 密实卵 石土 中密卵 石土 密实卵 石土 地层代 号 时代与 成因
ml
ml
al
fgl+al
）
fgl+al
） 卵石土夹砂透镜体， 下伏白垩系上统灌口组 （K2g）
天然容重 （g/cm
3
凝聚力 C （kPa ）
内摩擦 角￠ （）
o
锚固体极限摩 阻力标准值 （kPa ）
a M A fb f fu (h0 ) 2
a
Afb f fu
1 f cb
a 1h0
b
结构的破坏是从混凝土的压碎开始的， 混凝土内部的应力分布近似看成是矩形应力图形， 根据力的平衡原理和变形协调条件得： 实际抗弯承载力 ：
a M n A f f f (h0 ) 2
等效受压区高度：
d b2 f fu
lbf K 2
fc
K 2 为常量， f fu 、 f c 的单位为 Mpa， d b 的单位为 mm。
1.4 玻璃纤维筋混凝土正截面承载力 试验装置如图 1-3。
图 1-3 试验装置
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。 1.4.1 正截面受弯承载力计算 计算的基本假定： 1）截面应变保持平面； 2）不考虑混凝土的抗拉强度； 3）混凝土的最大可压缩应变为 0.0033； 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图形图 1-4
参考文献：
[1]纤维筋在盾构端头井围护桩中的应用研究阶段评审报告，成都地铁公司，西南交通大学，铁道第二勘察设计院，2006 年 4 月。 [2]张凤详,朱合华,傅德明.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社,2004。 [3]罗毅,郑乐怡,李吉涛.玻璃纤维筋混凝土构件的设计原理[J].华南理工大学学报:自然科学版,2004.10:73–77。
3 结论
在盾构工作井围护结构（盾构施工范围内）的配筋中，用玻璃纤维筋代替普通钢筋，不 但取得了很大的经济效益，同时使盾构进出洞施工时更加安全。但设计中应注意以下问题： 1） 、玻璃纤维筋的锚固长度取值应较普通钢筋适当加大； 2） 、玻璃纤维筋混凝土构件为脆性破坏，为此，构件应按超筋进行设计； 3） 、 盾构井围护结构盾构施工范围内的配筋应用玻璃纤维筋是成功的； 但大规模的应用 于整个混凝土构件，尚处在科研、试验阶段。
ff
1.4.3 斜截面承载力计算 玻璃纤维筋混凝土构件抗剪由混凝土和玻璃纤维筋两部分组成。
V f V fc V fv
混凝土提供抗剪承载力：
V fc cVc
，
c 取 0.6~0.7。
rb 0.3）f fu f fu d
箍筋（纤维筋）提供抗剪承载力：
V fv
A fv f fvb0 s
Design and Application on Glass Fiber Reinforced Concrete in Subway Project
Lu Zhiqiang
Abstract: Based on the design theory of ordinary reinforce concrete, approximate formula for calculating normal section and oblique section of glass fiber reinforced concrete structures is established. Furthermore, the mechanism of brittle fracture of glass fiber reinforced concrete structures is discussed. The glass fiber is successfully applied in Chengdu metro Strutted structure for excavation ,valuable experience is obtained for a large number of applications in concrete structures in the future. Key words:glass fiber; bend strength; shear strength;well shield