铁路悬索桥隧道式锚碇设计计算方法研究

悬索桥锚碇分为隧道式锚碇和重力式锚碇,采用隧道锚能较好地利用锚址区的地质条件,工程量相对重力锚小,性价比高且对周边环境扰动小。然而,隧道锚尚未形成相对完整的定量设计方法,其设计和施工主要依靠工程经验。结合我国首座铁路悬索桥隧道式锚碇工程,总结分析了隧道锚的4种破坏模式,即锚碇体侧壁界面破坏、倒圆锥台破坏、边坡整体滑移及锚碇体压缩破坏;建立了隧道锚典型破坏模式的计算模型,并基于极限平衡理论推导出相应的承载力计算公式;使用有限元法对关键设计参数进行敏感性分析;给出了隧道锚设计计算操作流程及方法,并针对依托工程给出了一个较为完整的设计范例。研究成果对铁路悬索桥隧道式锚碇设计具有指导意义。     

铁路悬索桥隧道式锚碇设计计算方法研究

悬索桥锚碇分为隧道式锚碇和重力式锚碇,采用隧道锚能较好地利用锚址区的地质条件,工程量相对重力锚小,性价比高且对周边环境扰动小。然而,隧道锚尚未形成相对完整的定量设计方法,其设计和施工主要依靠工程经验。结合我国首座铁路悬索桥隧道式锚碇工程,总结分析了隧道锚的四种破坏模式,即锚碇体侧壁界面破坏,倒圆锥台破坏、边坡整体滑移及锚碇体压缩破坏;建立了隧道锚典型破坏模式的计算模型,并基于极限平衡理论推导出相应的承载力计算公式;使用有限元法对关键设计参数进行敏感性分析;给出了隧道锚设计计算操作流程及方法,并针对依托工程给出了一个较为完整的设计范例。研究成果对铁路悬索桥隧道式锚碇设计具有指导意义。     

基于简化力学模型的隧道锚极限承载力估值公式

悬索桥隧道式锚碇的设计理念为锚碇夹持岩体协同承载,因而承载能力远超同体积的重力式锚碇。但因目前对围岩协同作用认识尚不充分,在当前隧道式锚碇设计中仍保守地忽略锚碇和岩体间的挤压效应。为弄清锚碇?岩体协同承载的机制,揭示隧道锚承载能力提高的本质,通过分析隧道式锚碇建设至成桥全过程受力,建立隧道锚的简化力学模型,并引用Mindlin应力解分析了荷载沿锚碇轴向的传递规律以及荷载产生的作用于锚碇?岩体间的挤压应力分布,最终给出了隧道式锚碇极限承载力的简化估算方法,并通过伍家岗大桥隧道锚工程实例分析了结果的合理性。所得结论主要有：锚碇?岩体界面力主要由锚碇自重和锚碇?岩体相互挤压产生;锚碇?岩体界面附加应力自后锚面向前锚面呈先增后减的变化趋势,在距后锚面约1/3L处达到应力峰值;以容许抗剪强度为破坏判据解得的伍家岗长江大桥隧道式锚碇的极限承载力为3 504 MN,约为16倍的设计荷载,与室内试验值基本吻合。     

悬索桥隧道锚承载能力和变形特征研究综述

隧道锚作为悬索桥相对新型的锚固形式,对其理论和实践认知都还比较欠缺。首先从抗拔承载安全和锚碇变形控制两方面归纳了当前隧道锚工程普遍采用的安全控制指标;然后分别总结了隧道锚承载能力和变形特征的研究方法;对项目团队20年来针对10余个隧道锚工程所开展的专题研究成果进行总结,得出目前已建和在建隧道锚在主缆数万吨级荷载下的变形普遍为mm级、隧道锚的超载稳定性系数普遍大于7的结论,说明目前已建和在建隧道锚存在较大安全裕度,隧道锚设计还存在一定优化空间;同时指出目前规范建议的隧道锚变形控制标准是基于桥梁结构提出的,没有考虑锚体自身及围岩等材料对变形的限制要求;总结出隧道锚承载能力主要是锚体混凝土及围岩系统的承载能力,没有考虑钢绞线材料强度等其他可能控制锚碇系统承载能力的因素。研究结论具有其特定条件和适用范围,后续对隧道锚系统的承载机制等科学问题还有待进一步研究。     

云南龙江特大悬索桥锚碇稳定性分析

重力式是悬索桥安全的关键结构之一,其支墩的偏移量对悬索桥的稳定性至关重要.拟建的云南龙江特大悬索桥保山岸地层复杂,岩性软弱,地基土力学参数较低.在工程设计中,需预测在施工运行过程中的锚碇支墩偏移量,以合理确定地基是否需要加固处理以及设定加固参数.为此,本文利用FLAC3D按照锚碇基坑开挖、锚碇主体施工、回填及二期构件完...     

基于楔形效应的隧道锚抗拔承载能力研究

悬索桥隧道锚因楔形体外观特征具备强大的抗拔承载能力。基于匀质围岩假定和Mohr-Coulomb强度准则,研究锚碇围岩系统两种破坏模式即岩锚界面摩擦破坏以及围岩受侧向挤压后产生的破裂,根据岩锚界面受力特点建立界面平衡条件,分析围岩破裂面应力状态的改变,并将其与等截面体的抗拔承载力相比较,分别得到对应两种破坏模式的楔形效应系数,由此推导出两种破坏模式下隧道锚抗拔承载力计算公式。研究结果表明,隧道锚抗拔承载力的楔形效应对于不同类别的围岩表现出明显规律。通过与已建隧道锚承载力的研究结果相比较,验证计算较为吻合,进一步证实了考虑楔形效应的简化公式计算隧道锚承载力的正确性和合理性。     

预应力群锚根状效应原位试验研究

根据悬索桥隧道式锚碇系统预应力岩锚原位试验及模拟计算结果,分析了锚索的锚固长度、自由长度、锚固注浆压力以及锚注体与围岩界面结合程度对岩锚极限抗拔力的影响。比较了群锚与单锚作用下的岩锚本身及宿主介质的荷载、位移分布特征。群锚约束岩体向临空面变形,具有增韧止裂的根状效应,受埋深(自由长度)、间距、初始预应力、加载历史等影响。锚索的锚固长度控制着岩锚的极限承载力,而自由段长度控制着其在隧道式复合锚碇系统中参与荷载分担的贡献值和时机,自由段长度对有效传递和分散围岩应力有关键作用。指出群锚整体破坏形态存在传递多米诺效应。     

悬索桥隧道式锚碇和下穿公路隧道相互作用机制研究

结合矮寨悬索桥的工程实践,采用MIDAS/GTS对茶洞岸锚碇和下穿公路隧道之间的相互作用机制进行研究。研究表明,开挖阶段锚-隧相互作用程度具有不对等性,即锚-隧影响大于隧-锚影响。在设计大缆拉力荷载作用下,下穿隧道的存在明显地改变了锚碇附近围岩的位移分布,导致锚碇附近围岩节点位移曲线发生整体下沉、旋转,并产生最大达0.76 mm的竖向附加位移。锚碇附近围岩竖向位移受下穿隧道影响较为显著,而水平向位移受影响相对较弱。对于锚碇隧道而言,下穿隧道单次爆破引起振动较小,距离爆心40 m范围以外围岩质点峰值振动速度小于2 cm/s,与实测资料吻合。工程项目现场的爆破振动监测及围岩波速测试成果显示：下穿隧道爆破掘进对40 m以外围岩的振动效应可以忽略。     

隧道锚“楔形效应”的室内模型试验研究

隧道锚是承担悬索桥主缆荷载的关键受力部件,隧道锚–围岩联合承载力学机制较为复杂。通过研究隧道锚简化的力学模型,得到基于"楔形效应"的隧道锚抗拔承载力计算方法。为进一步验证该方法的合理性与正确性,考虑埋深、锚碇长度、围岩类别等影响因素,设计了14组室内模型试验方案,通过模型试验获得了抗拔承载力,研究了各影响因素与抗拔承载力关系。基于室内模型试验的相关参数,采用"楔形效应"计算方法得到隧道锚抗拔承载力,与模型试验结果较为吻合。模型试验获得的影响因素规律和破坏特征也和理论计算方法一致。研究结果表明,考虑"楔形效应"的隧道锚承载力计算方法是科学和合理的,具有力学意义明确、公式形式简明的特点,可为工程实践提供参考。     

悬索桥隧道式锚碇夹持效应的试验研究

隧道式锚碇的夹持效应机制及其破坏形态的研究尚不充分,不利于隧道式锚碇设计理论的优化。通过开展锚碇的二维室内模型试验,分析了锚碇和岩体联合承载的过程、机制及锚碇自岩体内拔出时的破坏形态,并针对锚碇的楔形角和埋深等几何要素对锚碇的承载力和破坏特征的影响做了简单分析,在一定程度上揭示了隧道式锚碇夹持效应的本质。所得结论主要有:(1)锚碇加速非线性移动挤压土体产生附加应力,激发夹持效应发挥抗力作用,调动周围岩土体联合承载。(2)隧道式锚碇的承载力由自重效应和夹持效应组成,自重效应不足以平衡主缆荷载时,夹持效应才发挥作用。从经济和安全角度,应对锚碇的体型进行合理设计,使得夹持效应得到有效发挥。(3)锚碇的楔形角影响锚碇的极限承载力,设计时应通过优化分析确定优势角。(4)锚碇的埋深越大,承载力越大,两者基本成线性关系。在实际工程中应把握施工难易性、经济性及承载力之间的关系综合确定埋深。(5)锚碇裂纹的产生和发展与锚碇及岩体的应力位移响应具有相关性。锚碇与土体相对静止时无裂纹产生,破坏形态基本形成的时间与锚碇加速非线性位移阶段相对应。     

基于虚功原理的悬索桥隧道式锚碇边坡稳定性分析

本文基于虚功原理,结合工程地质勘察资料,在岩层层面和不利结构面组合切割下,由于锚碇工程荷载作用,研究坝陵河大桥西岸隧道式锚碇边坡的整体稳定性。本文的力学分析模型采用多个块体破坏机构的分析方法,假定块体的底面和侧面均达到了极限平衡状态,安全系数可通过功能平衡的虚功原理表达式来求解。功能平衡方程中仅有安全系数一个未知数,条块底部和界面上的法向压力和切向摩擦力并不出现,求解大为简化。     

Analysis on Bearing Capacity of Tunnel-Type Anchorage of a Long-Span Suspension Bridge

INTRODUCTION Tunnel typeanchoragehasobviousadvantages inbearingcapacityversusinvestment(LiuandHu,1996).However,itisrarelyusedinapracticalpro jectbecauseofitsrequirementofgoodrockcondi tions.Siduhebridge(Fig.1),whichliesintheBa dongmountainsinthewestplatea…     

新型复合锚固结构抗爆优化设计数值模拟分析

新型复合锚固结构是指“锚杆-构造措施”型复合锚固结构,用于洞室的加固支护。“构造措施”是指在锚杆里端规律设置一段表面经过处理的空孔。这段空孔对周围介质起弱化作用,因而称为“弱化孔”。新型复合锚固结构优化设计因素包括：①弱化孔直径d;②弱化孔密度;③弱化孔长度l;④锚固区厚度t。利用LS-DYNA程序依次对4个因素的优化设计进行了数值计算分析,得出：弱化孔直径的优化设计值为 1.0 cm;弱化孔密度的优化设计为沿环向布设24个弱化孔;弱化孔长度的优化设计值是 25 cm;锚固区厚度的优化设计值是 25 cm（或锚固区厚度与弱化孔长度的比值为1）。     

压力分散型锚索锚固段荷载分布特征的现场试验研究

根据压力分散型锚索的设计理念,研究外部荷载作用下锚索锚固段各单元体中的荷载分布特征与有效受压锚固长度,为压力分散型锚索的锚固支护提供设计依据。试验锚索全长为32 m,锚固段长为18 m,各单元体长度均为4.5 m,通过在锚索锚固段安装微型高灵敏度应变传感器的试验方法,得到锚索锚固段的荷载传递规律与分布特征。试验结果表明：依据现有锚索规程中对压力分散型锚索的张拉方法,锚索各单元体并未起到均匀分担外部荷载的作用。随着外部荷载的逐渐增大,位于锚固段中间部位的第2单元体与第3单元体的受荷值要明显高于两端第1单元体与第4单元体的受荷值。锚索锚固段也并不是完全处于轴向受压状态,且各单元体的有效受压锚固长度也并不相等,第1～4单元体有效受压锚固长度分别为1.5、2.9、2.8、4.5 m,有效受压锚固长度整体分布特征表现为第1单元体 第2单元体 第4单元体,而第2单元体与第3单元体的有效受压锚固长度相近。     

悬索桥隧道锚锭围岩体极限承载力灰色预测

通过某悬索桥隧道锚锭进行的12.5:1的结构缩尺模型锚锭张拉试验,获得了张拉力及对应的隧道围岩变形试验数据,建立了围岩极限承载力灰色GM(1,1)预测模型,对所获得的37个预测值进行数据分析和处理,预测出岩体极限承载力超过6倍设计荷载,锚锭设计是安全的。     

预应力锚索锚固段剪应力分布与锚固段长度研究

基于弹性理论,按照半空间体在边界上受法向集中力作用,对预应力锚索锚固段剪应力沿长度方向的分布规律进行模型研究。通过分析实际工程和现场试验中剪应力分布特征,引入与预应力、锚固段长度、岩体强度、胶结材料强度等相关的参数?和与剪应力最大值的位置、锚固段直径等相关的参数?后,可以较好地模拟锚固段的剪应力分布规律。根据锚固段胶结材料的抗压强度?c、内摩擦角?以及参数?与预应力大致成线性反比例关系,可以估算极限承载力。同时,按所述方法计算实际需要的锚固段长度Ls是设计锚固段长度Ld的2tan?倍。最后,实例分析表明,研究成果是合理的。