基坑锚杆受力及变形机理的现场试验

为进一步弄清锚杆的受力及变形机理,对广西柳州星河大厦基坑锚杆的轴力和基坑的侧向位移进行了现场试验,试验分析表明:①只有基坑发生位移时锚杆才会受力,并随动态的施工过程而持续变化;②锚杆的轴力呈中间大、两端小的不均匀分布,并且随基坑的不断开挖锚杆的轴力值逐渐增大;③基坑侧向位移随施工过程的进行呈逐渐增大的趋势,最大位移出现在基坑顶部。这为建立合理的力学模型计算基坑周围锚固体的变形提供科学依据。     

涨壳式预应力中空锚杆锚固效果及其支护参数优化

为探究隧道岩爆地段涨壳式预应力中空锚杆的锚固效果及其支护能力,依托中兰(中卫—兰州)铁路香山隧道工程,利用现场锚固试验,对比分析了涨壳式锚固和其他锚固形式在岩爆隧道中的锚固效果,同时采用有限元数值分析软件MIDAS/GTS NX,分析不同工况下的隧道围岩压力、围岩变形及锚杆轴力对围岩稳定性的影响,进而提出了涨壳式预应力中空锚杆优化后的支护参数,并基于现场实测数据,对涨壳式预应力中空锚杆与普通砂浆锚杆的现场应用效果进行评价。研究结果表明：相对于树脂锚固、水泥药卷以及水泥砂浆锚固形式,涨壳式锚固以其最大的锚固力、支护及时性以及较强的耐久性能,成为本次试验的最优锚固形式,并且能够满足岩爆隧道快速预应力锚固形式施加要求;涨壳式预应力中空锚杆支护参数对围岩稳定性的影响程度从大到小依次为锚杆间距、锚杆长度、预应力、锚杆直径,且直径25 mm、间距1.2 m、施加预应力80 kN、长度3.5 m为香山隧道岩爆段涨壳式预应力中空锚杆支护参数的最优组合;相比于普通砂浆锚杆,现场采用涨壳式预应力中空锚杆后,隧道拱顶沉降和水平收敛S1、S2线变形量减小了57.1%、61.9%和64.4%,收敛时间提前了3～...     

分体式锚杆加固边坡设计及应用

为了提高全长注浆型锚杆在地层中的锚固效率,改善锚杆在滑面两侧的应力集中现象,提出一种新型分体式锚杆。介绍分体式锚杆的结构组成和技术特点,在确定最优锚固单元长度的基础上,提出分体式锚杆加固边坡的设计方法,包括锚固力计算、锚筋选取、锚固总长度计算、锚固单元长度选取以及外锚结构选取等。将该方法应用于国道G214线某公路边坡病害加固工程设计中,并采用数值模拟方法研究分体式锚杆的受力机制。研究结果表明:边坡变形在分体式锚杆的加固下逐渐趋于收敛,坡体病害得到根治,从而验证了设计方法的有效性。     

夹双筋体复合锚杆锚固性能与界面力学传递特征

在世界最大的生土遗址-交河故城开展现场试验,选用2种长度的锚杆按照基本试验的要求开展拉拔试验,同时在各界面层布设应变监测点。结果表明:8 m长锚杆锚固力达408 kN,满足大体量土遗址锚固的需求;随着长度增加,极限锚固力增长,但平均锚固力减小;复合锚杆各界面剪应力沿着杆长呈现单峰值或多峰值的空间分布特征,随着荷载的增加,界面各点剪应力增加并且向锚固末端传递,峰值剪应力亦同时向锚固末端偏移;试验过程中在较高荷载下出现界面剪应力状态转化的现象。     

钢筋抗浮锚杆承载特性现场试验与数值仿真

通过现场试验以及ABAQUS数值模拟相结合的方法,探讨了风化岩地基中全长黏结钢筋抗浮锚杆的承载性能和荷载传递特征。结果表明:风化岩地基中的抗浮锚杆承载力高,上拔量小,能够满足工程需求。锚杆杆体荷载-位移曲线、剪应力、轴应力分布规律的模拟结果与现场试验结果具有较高的吻合度,说明用ABAQUS软件模拟钢筋抗浮锚杆的承载特性是可行的,具有较强的适用性;同时,还得到了现场试验较难得到的锚固砂浆和周围岩土体的应力分布规律,明确了钢筋抗浮锚杆受荷后的影响范围和锚固体的力学特性,弥补了现场试验的不足。     

柔性注压锚杆锚固机理分析

柔性注压锚杆是一种结构和锚固机理新颖的全长锚固锚杆,已有的研究缺少其受力、锚固力与锚固机理的分析。通过柔性注压锚杆地面和井下试验,对其锚固力、锚固机理进行了理论和试验分析,导出其承载能力的计算与分析方法,为其设计、试验和应用提供了一定的理论依据。研究和试验结果表明该锚杆对多种围岩（煤、岩、碎石等）有良好的锚固能力和适应性,现场应用方便。     

砾石地层中自钻式锚杆锚固特性现场试验与数值仿真

自钻式锚杆为集钻进、注浆、锚固功能为一体的新型锚杆,能够克服卵砾石地层易塌孔及套管施工效率低的难题,拥有施工效率高、综合经济效益良好等优点,具有广阔的工程应用前景。基于洛阳某卵砾石场地现场拉拔试验与ABAQUS数值模拟相结合的方法,探讨了自钻式锚杆在砾石地层中的锚固特性和荷载传递规律。结果表明:自钻式锚杆在砾石地层中的锚固性能优异,能够满足工程需求。锚固体-土体界面平均粘结强度随锚固长度的增加逐渐降低;锚杆轴应力、剪应力和锚固体轴应力沿锚固深度呈指数分布;锚固体剪应力随锚固深度的增加先快速上升后逐渐下降,剪应力峰值随荷载的增加不断增大,但峰值点位置基本不变;随着拉拔荷载增加,锚杆对周围土体应力的径向影响范围增大,而深度方向影响范围维持在一定数值附近。     

地震作用下含软弱层锚固岩质边坡界面剪切作用

针对地震作用下全长黏结锚杆锚固岩质边坡锚杆-砂浆界面上和砂浆-岩体界面上,即两锚固界面上的剪切作用,利用FLAC3D软件分别采用实体单元和接触面单元建立含软弱层锚固顺层岩质边坡数值模型,探究了水平向简谐波作用下两锚固界面上的剪切作用和锚杆轴力分布以及它们的演化规律。结果表明:采用实体单元和接触面单元相结合的建模方式可行,锚固界面剪切作用和脱黏破坏均可得到很好的体现和反映,两锚固界面上的剪应力和锚杆轴力的分布不均匀,软弱层处剪应力为零而轴力最大;随地震动持续输入,两锚固界面剪应力和锚杆轴力呈递增之势,锚固界面发生脱黏破坏并向锚杆两端发展,远离中性点的锚固界面得以调用,峰值剪应力向锚杆两端转移。揭示了地震作用下含软弱层锚固顺层岩质边坡破坏机理,对岩土锚固的研究和设计施工均具有重要意义。     

基于水硬石灰与粉煤灰浆液的木锚杆锚固性能试验

采用室内模型试验与现场试验相结合的方法,研究水硬石灰拌合粉煤灰浆液的木锚杆锚固性能:锚固系统的失效模式、杆体-浆体界面应变与荷载时程关系及传递关系.通过对拉拔力的检测,室内模型可以提供21~30 kN的极限锚固力,现场锚固系统可以提供6.94~16.00 kN的极限锚固力.通过对杆体-浆体界面应变监测,锚固系统表现出低弹性、高塑性的特征.在荷载进程中,杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有单峰值分布、高值出现在锚固末端、压应力出现等特点,呈现出拉力型和压力型全长黏结锚固系统的特点.研究结果为更合理地夯土遗址锚固设计提供科学基础.     

全长粘结式砂浆锚杆的力学特性数值分析

目前,对岩石锚杆的锚固机理和锚固效果的研究大多是通过现场试验的数据来进行,本文在总结现有研究的基础上,采用有限元软件对岩石锚杆的作用机理进行模拟研究,分析了在拉拔荷载作用下锚固段的应力、岩体内的位移及锚杆轴力的分布特点和衰减规律.研究发现,锚固段界面上的应力、位移及锚杆轴力主要分布在锚固段顶端以下一定范围内,随锚固深度的增加逐渐衰减并趋于零.本文的数值模拟研究对岩石锚杆的支护设计和提高施工水平具有重要的意义.     

全长粘结式锚杆拉拔试验的数值实现

为实现土锚相互作用的数值模拟,研究全长粘结式锚杆拉拔工况下的受力变形特征,利用FLAC 3D建立数值模型,分析锚杆受力特征、土体响应,以及拉拨性能的影响因素.结果表明:①接触面单元能较好地模拟土锚相互作用特征;②锚杆拉拔过程的峰值位移和极限拉拔力均与锚杆长度呈显著线性关系;③锚杆极限拉拔力与锚杆直径同样呈线性关系;④锚杆拉拔过程中,周围土体受到一定影响,其影响范围为:深度2L(L为锚杆长度),水平约1.5L.     

MR阻尼器对拉索振动控制的研究

在磁流变(magnetorheologic简称MR)阻尼器力学特性试验的基础上,建立了能够很好地描述MR阻尼器非线性滞回特性的非线性参数模型,该模型由一个改进的Bingham模型和一个非线性弹簧单元串联而成。对MR阻尼器-拉索系统编写了非线性有限元动力分析程序,以一根实际的拉索为例,计算了MR阻尼器不同参数时对拉索的减振效果,计算结果与试验结果吻合。有限元计算结果表明:优化阻尼力随拉索频率的降低而提高;随着拉索振动幅度的减小,拉索减振的最优阻尼力减小。     

海底电缆抛石保护层抗锚害能力的数值模拟研究

海底电缆抛石保护层抗锚害能力涉及到离散和连续两种不同尺度介质的相互作用。针对单独使用连续体法或离散元法分析的不足,首先通过经典变分原理,证明了离散-连续耦合算法的可行性。接着引入接触面的相容条件和平衡条件,实现了离散元法（DEM）和有限差分法（FDM）的耦合计算。设计了抛石保护层抗锚害能力的室内缩尺试验,采用与试验相同的工况,分别用DEM近似法和DEM-FDM耦合法进行了计算,并将两种数值算法的结果和试验值作了对比分析。结果表明,两种数值方法得到的结果都比试验值偏大,但是DEM-FDM耦合法更接近实际情况。     

玻璃纤维增强聚合物腰梁受力性能试验与有限元模拟

为探究基坑支护工程中玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer, GFRP)腰梁的应力分布规律和变形特性,结合GFRP腰梁力学性能试验及数值模拟,依托于青岛某深基坑工程,利用ABAQUS有限元软件对不同工况下双腹板GFRP腰梁进行了有限元模拟。研究结果表明,与钢材相比,GFRP材料具备较高的抗弯强度,但弹性模量较低;最大加载至700 kN时,双腹板GFRP腰梁变形的室内试验结果和数值模拟结果的变化规律相似,随着荷载水平的增加,呈线性变化,说明GFRP腰梁始终处于弹性工作状态,整体稳定性强。明确了预应力锚杆轴力为300 kN时GFRP腰梁在两端自由、两端约束以及一端约束一端自由3种情况下的应力分布规律和变形特征;对于两端自由的GFRP腰梁,预应力锚杆轴力为150 kN时的应力、位移约为预应力锚杆轴力为300 kN时的50%。研究结果可为类似工程提供借鉴与参考。     

Parametrically excited oscillation of stay cable and its control in cable-stayed bridges＂

This paper presents a nonlinear dynamic model for simulation and analysis of a kind of parametrically excited vibration of stay cable caused by support motion in cable-stayed bridges. The sag, inclination angle of the stay cable are considered in the model, based on which, the oscillation mechanism and dynamic response characteristics of this kind of vibration are analyzed through numerical calculation. It is noted that parametrically excited oscillation of a stay cable with certain sag, inclination angle and initial static tension force may occur in cable-stayed bridges due to deck vibration under the condition that the natural frequency of a cable approaches to about half of the first model frequency of the bridge deck system. A new vibration control system installed on the cable anchorage is proposed as a possible damping system to suppress the cable parametric oscillation. The numerical calculation results showed that with the use of this damping system, the cable oscillation due to the vibration of the deck and/or towers will be considerably reduced.     

水中悬浮隧道锚索横向动力特性分析

考虑流体-结构偶联效应和悬浮隧道锚索的几何非线性特点,建立了悬浮隧道锚索非线性振动方程,并通过ANSYS有限元软件的二次编程,在时域内实现了方程求解,分析了悬浮隧道锚索在非线性横向升力作用下的动力特性。计算结果表明：锚索的轴力和锚索中部的最大位移都随锚索的预张力增加而显著下降;在非涡激振动的情况下,随均匀流速度的增加,锚索中部的最大位移有所增加,但是在涡激共振的情况下,锚索中部位移有跳跃性增加;随着锚索长度的增加,锚索中部的最大位移变小,轴力随之增加;锚索的倾斜角度对锚索的轴力和位移的影响基本一致,随角度的增加,轴力和位移均先减小,后增加。     

预埋件受剪性能数值分析

预埋件的抗剪机理复杂,很难通过试验和理论计算确定预埋件的内力分布和应力大小,通常是在一定的简化与假定基础上,对试验结果统计回归得出预埋件的抗剪计算公式来进行计算.为更精确得到抗剪承载力,建立有限元模型对预埋件的受剪性能进行数值计算,锚板、锚筋与混凝土的相互作用通过三维面-面接触来模拟,并考虑了混凝土对锚筋的粘结作用.通过数值分析得到了剪力作用下预埋件的应力分布和锚筋的截面内力,确定了锚筋反弯点的位置和混凝土的承压范围.有限元计算得出的预埋件抗剪承载力与试验实测值很接近,说明所建立的有限元模型是比较合理的,数值分析的结果可以运用到理论分析和实际工程中.     

转动惯量测试台磁悬浮系统电磁阻尼的研究

采用扭摆振动振幅测试法,对轴向最大负荷为10kN的转动惯量测试台磁悬浮系统的电磁阻尼进行了实验研究,结果表明该磁悬浮系统中径向电磁轴承的电磁阻尼起决定性作用,同时还采用有限元法和级数法对电磁推力轴承和径向轴承中的电磁场及电磁阻尼力进行了计算,理论计算的结果与实验测量的结果有很好的一致性,由径向电磁轴承计算得到的对数衰减率仅比实验值小18%,转动惯量的计算值与实测值的误差仅为1.09%。     

索结构几何非线性分析的悬链线索单元法

基于索的基本假定和悬链线平衡方程,通过对沿索曲线均布荷载作用下的索段分析,得到了索端力和索的几何线形之间的对应关系;进一步通过索单元的柔性迭代分析,获得了内力改变和位移增量之间的关系,进而得到索单元的刚度矩阵和节点力,从而建立起了空间悬链线索单元的几何非线性有限元分析方法.经典算例结果证明了空间悬链线索单元的正确性,同时具有较高的精度,可为大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等几何非线性较强的结构精确分析提供强有力的计算工具.     

基于影响矩阵及粒子群算法的斜拉桥自动调索

给出一种基于影响矩阵法和粒子群智能优化算法的调索计算方案,能够针对斜拉桥有限元分析或者施工监控索力计算问题实现自动化的索力调整,以替代冗余反复的计算工作.利用编制的程序,对某斜拉桥有限元模型的索力进行了自动调索,结果表明,该方案可以快速地获得合理的群索初始拉力,并使得相对误差控制在2％以内.该自动调索方法为斜拉桥建模分析和施工监控索力计算提供了一种新的高效解决思路.