预应力锚固机制数值模拟研究

针对预应力锚索加固时锚固段与自由段受力机制的不同,依据等效应变和等效温度法建议了一种新的预应力施加方法,并采用有限元方法模拟了预应力锚索加固岩体的受力机制.给出了不同锚固条件下锚固段和岩体的受力变形特征,指出了应用预应力锚索加固时应该注意的问题:张拉式预应力锚索加固的岩体在内锚固段周围的岩体是受拉的,群锚时使得内锚固段附近的岩体形成拉应力带,这种拉应力带对岩体的稳定十分不利,应积极采用不等长锚索,以使内锚头分散布置在岩体的不同层位中;群锚条件下锚索之间外锚头位置岩体有受拉现象,在满足工程需要的条件下锚索的布置间距应适当放大.     

岩土体对锚索预应力的响应特性

基于空间半无限体理论,对外锚头预应力线荷载在岩土体中的传递规律进行了研究.给出了锚墩下岩土体内任意点的应力及位移分布形式及相应的表达式.通过数值模拟,得到与理论计算一致的结果,结果表明：锚墩下岩土体形成一个近似椭球状的压缩区,位移等值线呈U型.锚墩下岩土体的应力和位移均呈双曲线形式分布,锚墩之间部分岩土体在一定深度内形成无应力锥区.据此提出锚索间距的＂预应力墙厚度＂设计法,锚墩间无应力区锚杆补强方法.     

拉力集中型锚索作用效果的数值模拟分析

通过FLAC3D程序,用实体单元模拟了岩体和砂浆体,用结构单元来模拟锚索,对锚索施加预应力时采用的建模方法是在边坡和锚索间建立刚性连接,代替在锚头的位置施加均布力的方法,建立预应力锚固数值仿真模型。通过模拟试验,分析了岩体单元以及砂浆体单元的应力云图等,更加清晰地显示了拉力集中型预应力锚索作用下岩体沿锚索轴向的应力、砂浆体应力分布等情况。     

预应力锚索锚固段的三维无限元计算

运用一维点无限元理论推导了三维四结点点辐射无限元的坐标变换和形函数,并将其与八结点有限元耦合,计算了预应力锚索锚固段的变形.结果表明:在预应力作用下,锚固段周边岩体的应力和压缩变形集中在以预应力作用点为中心的一个区域内,并呈指数形式衰减,因而在空间形成了应力锥和位移锥.将无限元计算结果与理论结果进行了对比,两种计算方法的结果拟合得非常好,表明本文的方法是可信的.     

锚索应力场分析及其应用研究

针对锚索预应力作用于岩体内形成的应力场状况,利用弹性力学中的Boussinesg解和R.D.Mindlin解,研究处于锚头的岩石是否会由于挤压而产生破坏,锚根附近的岩石是否会由于张拉而发生破坏。通过研究,得出了锚索预应力作用于岩体内各受力部位形成的应力特点;以及为避免群锚效应,锚索应保持的合理间距。将此研究应用于江苏省连云港将军崖岩画的加固工程中,取得了理想的工程效果。     

宁波庆丰大桥锚碇室内相似模型试验研究

根据相似理论，对宁波庆丰悬索桥重力式锚碇进行了室内相似模型试验研究．相似模型的几何相似常数为1：100，重力相似常数为1：1．325试验表明，软土中锚碇自身和相邻土体的变位、土体中附加应力分布等随锚索力和时间的变化规律为：在锚索力作用下，锚碇不仅向前水平位移，而且产生前端下沉、后端隆起的刚体转动，相应的基底应力前端增加，后端减小；锚碇前面表层土体出现隆起和向前水平位移，水平向附加应力增大；位移和附加应力随锚索力的增加而增大，随测点与锚碇距离增加而减小，但随时间发展均趋于稳定．此外，锚碇基础下部地基加固，锚碇基坑围护结构以及锚碇周围土体对提高锚碇稳定性具有显著作用．     

高速铁路预应力混凝土简支箱梁剪力滞效应分析

为了研究预应力作用下箱梁的剪力滞效应,将预应力钢筋作为施加在混凝土结构上的外荷载并进行等效计算.以附加挠度作为分析剪力滞效应的广义位移,基于能量变分法,推导了预应力作用下剪力滞效应的解析解.通过对一简支梁计算表明,计算值和有限元结果基本吻合,验证了本文理论解析解的合理性.对高速铁路标准跨度简支箱梁计算得出,预应力钢筋折线布束方式对梁体剪力滞效应影响最大,曲线布束次之,直线布束最小.     

抗滑挡墙工程缺陷修复技术设计方法

针对目前预应力锚索修复抗滑挡墙缺陷理论研究落后于实践的现状,基于野外大型物理模拟试验,监测修复全过程中的位移、土压力及预应力变化,探索预应力锚索、抗滑挡墙及土体相互作用机制。试验表明,当挡墙整体倾斜时,土压力沿墙身呈三角形分布;施加预应力修复时,土压力在锚点附近变化较快;二次加载过程中,预应力锚索从预应力损失过程到被动受力过程,发挥修复加固的作用,整个模型不产生较大变形。通过假定挡墙倾斜土压力分布形式,推导了抗滑挡墙倾斜时的土压力计算公式,建立了预应力锚索修复抗滑挡墙缺陷设计流程及力学设计方法;并探讨了数值计算方法。     

预应力锚索地梁结构在边坡稳定中的作用机理

建立受非均布线形荷载作用的地基力学模型,应用叠加原理推导出预应力锚索-地梁结构中垂直于梁轴线平面内的地基中深度z处的应力和位移计算公式,为研究预应力锚索-地梁结构在岩体中的传力规律提供理论依据.以溆怀(湖南溆浦—怀化)高速公路K24+233～K27+89边坡为实险区域研究预应力锚索地梁结构在边坡稳定中的作用机理.研究结果表明:在对锚索施加预应力后,锚索预应力通过地梁传递给被加固的岩土体,在垂直于地梁轴线的平面内,其传递方式以梁轴线与该平面的交点为端点的近似椭圆的等值面形式由内向外呈逐渐衰减趋势分布；两地梁周边岩体中的压应变随深度增加由小到大增至峰值,然后逐渐衰减为0,这种分布形式与理论结论一致.     

抗滑挡墙工程缺陷修复加固技术设计方法

针对目前预应力锚索修复抗滑挡墙缺陷理论研究落后于实践的现状,基于野外大型物理模拟试验,监测修复全过程中的位移、土压力及预应力变化,探索预应力锚索、抗滑挡墙及土体相互作用机制。试验表明,当挡墙整体倾斜时,土压力沿墙身呈三角形分布;施加预应力修复时,土压力在锚点附近变化较快;二次加载过程中,预应力锚索从预应力损失过程到被动受力过程,发挥修复加固的作用,整个模型不产生较大变形。通过假定挡墙倾斜土压力分布形式,推导了抗滑挡墙倾斜时的土压力计算公式,建立了预应力锚索修复抗滑挡墙缺陷设计流程及力学设计方法;并探讨了数值计算方法。     

预应力锚索框架作用下附加应力的FLAC3D模拟

为研究预应力锚索框架与岩土体的相互作用机理及施加预应力产生的附加应力，以福建省漳(州)龙(岩)高速公路和溪段K63 730～950与K64 690～790边坡的锚索框架加固为工程实例，在对预应力锚索框架结构力学作用机理分析的基础上，建立相应的三维地质力学模型，应用FLAC^3D快速拉格郎日差分程序对此进行数值模拟，并对这种抑制结构作用下的附加应力分布规律进行了初步探索。     

预应力锚下混凝土局部承压横向应力的分布规律

针对某桥预应力T梁预制过程,拟配C50混凝土制成实体模型,在压力机上对锚头进行施压试验,测出了锚下混凝土横向应力变化规律;建立有限元模型,并计算横向应力;通过试验结果与有限元计算结果的比对和拟合,得出了较为适用的求解锚下横向应力的经验公式,对其求极值可得出锚下最大横向应力及其位置.并认为在实际工程设计中,若对锚下30cm深周边混凝土进行一定约束,可有效抑制梁端横向裂缝的产生.     

桩锚支护结构参数优化有限元分析

目的研究桩锚支护参数变化对支护效果的影响,确保在建筑基坑支护设计中做到安全、经济、合理.方法采用有限元法对实际基坑工程支护设计进行数值模拟,详细分析改变锚索的倾斜角度以及施加在锚索上的预应力的大小这两个设计参数对基坑和桩体的变形情况的影响.结果在锚索角度不变的情况下,增加预应力的大小,桩顶的位移是逐渐增加的.但是桩顶位移时间曲线的走向趋势是大致相似的;在预应力不变的情况下,随着锚索角度的增加,桩顶的位移是逐渐减小的,但是幅度比较小.结论锚索倾角在一定范围内的变化对基坑的位移影响相对较小,锚索预应力的改变对基坑位移的影响比较明显,有限单元法对基坑支护进行数值模拟分析是有效的、可行的.     

酸性土壤腐蚀对锚索力学性能的影响研究

针对成都市某建设项目基坑支护所采用的锚索腐蚀问题,分别将施加预应力钢绞线裸筋、施加预应力注浆空洞缺陷锚索锚筋、未施加预应力钢绞线裸筋和未施加预应力注浆空洞缺陷锚索锚筋试样埋设至人工配制的高腐蚀性土中,在不同时间段内测试4种试样的力学性能,并绘制出力学性能指标随时间的变化曲线。研究成果对于推断一定腐蚀条件下锚索锚筋的断裂荷载及安全评价具有一定的参考价值。     

山区高速公路岩体边坡稳定性处理技术

在分析岩体边坡稳定性的基础上,建立受非均布线形荷载作用的地基力学模型,应用叠加原理推导出岩体表面在上述荷载作用下,预应力锚索-地梁结构中垂直于梁轴线的平面内的地基中深z处的应力和位移计算公式,为研究预应力锚索-地梁结构在岩体中传递规律提供了理论基础.并以湖南省常张高速公路K123＋160-K123＋369边坡为实验区域,现场实验得出在对锚索施加预应力后,锚索预应力通过地梁传递给被加固的岩土体,其传递方式在垂直于地梁轴线的平面内是以梁轴线与该平面的交点为端点的近似橢圆的等值面形式由内向外呈逐渐衰减趋势分布的.藉此证明预应力锚索-地梁结构在山区高速公路岩体边坡中是一种可靠的处理技术.     

预应力锚索测试及分析

本文对在预应力锚索施工中进行锚固段长度与锚索抗拔力关系、锚固后锚索应力损失、锚杆锚固后应力状态、锚垫墩下土压力试验并分析。     

锚固体锚根段的传力机理试验研究

基于理论分析、模型试验与曲线拟合方法，初步研究了由预应力钢锚索、水泥砂浆和混凝土体三种异质材料粘结复合而成的锚固体内锚根段界面性状、传力机理和界面应力；建立了钢锚索与水泥砂浆之间界面上作用应力表达式、径向开裂准则与滑移条件以及剪应力与位移之间关系式，提出了混凝土与水泥砂浆粘结界面的作用机制及其开裂时剪应力与正应力关系式、剪应力与位移关系式，为深入分析预应力混凝土锚固体或预应力岩锚体的锚固机理奠定了一定基础     

环锚预应力混凝土衬砌三维有限元计算分析

环锚预应力混凝土衬砌是一种新型的水工压力隧洞衬砌形式，进行有限元结构分析时的关键是如何模拟环形预应力筋的作用．为此，提出了一种基于ANSYS的等效荷载法，用法向等效应力和切向等效应力模拟非均匀分布的锚索预应力，通过SURF154单元将其施加于计算模型．文中对一个无黏结预应力混凝土衬砌全部锚索张拉锁定后的应力状态进行了三维有限元计算，计算结果与实测结果具有良好的一致性．该方法还适用于有黏结曲线预应力筋的预应力混凝土结构有限元计算。     

硬岩地层超深基坑桩锚支护体系受力与变形特性实测分析

为探究硬岩地层超深基坑桩锚支护体系随基坑开挖的受力与变形演化规律,依托于崂山区某基坑支护工程,对南侧支护完成区域基坑的预应力锚索轴力、基坑水平和竖向位移进行了实时监测,分析桩锚支护体系在该地质条件下的力学性能,探讨锚索轴力急速下降与基坑水平位移增大的影响因素。研究表明：预应力锚索轴力持续、急速的下降与基坑紧邻原状山体的土压力和北侧后挖区域的持续施工有关,工程中采取预应力锚索2次补偿张拉适用效果良好;基坑最大水平位移为19.98 mm,最大竖向位移为12.11 mm,南侧支护完成区域基坑支护体系的变形受后续施工区域的影响明显;桩锚支护体系在硬岩及土岩二元地层超深基坑中具有较好的适用性和可靠性。类似工程支护结构设计应重视周边地质环境、邻近区域持续施工等因素的影响。     

预应力锚索抗滑桩抗震优化设计与试验研究

据汶川灾后调查发现,预应力锚索抗滑桩具有较好的抗震表现;但在地震的作用下,部分桩仍出现锚索锚头失效现象。为了解决锚头失效问题和提高锚索抗滑桩的抗震性能,结合中国抗震规范及结构抗震设计规范,对预应力锚索抗滑桩给予优化设计,并开展大型振动台试验进行试验验证。结果表明:(1)从震后桩头倾角来看,在锚索抗滑桩锚头与桩间设置消能弹簧可在一定程度上缓解锚头失效问题。(2)桩后设置EPS材料可以减小受力侧动土压力;且其缓冲消能效果跟输入的动峰值加速度相关,输入的动峰值加速度越大,缓冲消能效果减弱。(3)通过试验现象及实测结果分析可以得出,上述优化措施是行之有效的,可以为高烈度地震区锚索抗滑桩设计提供参考。