粘结型锚栓群锚弯剪受力计算方法与设计建议

粘结型锚栓是土木工程领域应用广泛的后锚固连接件,其具有代表性的使用情况为多个锚栓处于弯剪复合受力状态。在对比分析当前理论成果基础上,设计时可采用椭圆型拉剪计算公式并假定所有锚栓均参与受剪,将群锚弯剪受力问题转化为受拉最大那排锚栓的拉剪承载力计算。为保证连接安全并充分发挥锚栓强度,后锚固连接应控制为锚栓钢材破坏。为实现该目标,设计时可将剪跨比作为控制参数,通过公式推导和研究数据分析,在满足相关锚固要求前提下,当剪跨比大于0.6时可初步判断为锚栓钢材破坏,最后给出了后锚固群锚连接的设计建议和构造措施,以供工程应用参考。     

外露式钢柱脚受剪性能试验研究

以轴力和锚栓数量及其布置形式为参数,对4个外露式钢柱脚试件进行了水平往复加载试验,对其受剪性能及受剪机制进行分析。当柱脚所受轴力为压力时,柱脚的剪力由其与基础顶面间的静摩擦力传递给基础,且柱脚弯矩对其受剪承载力有提高作用。当柱脚所受轴力为拉力时,柱脚底板与基础表面间分离,柱脚在水平荷载作用下发生滑移,此时锚栓参与承担水平力,但其承担水平力的能力较小。柱脚受弯承载力随着柱脚锚栓数量的增加而增大。当锚栓数量从4个增加到6个时,柱脚受弯承载力增加了12%,耗能能力增加了20%。配置相同数量锚栓柱脚的滞回行为随着锚栓布置方式的不同也有所改变。将锚栓布置在沿加载方向的最外侧时,可以最大程度地利用每个锚栓的承载力。因此,在设计外露式柱脚时需要考虑锚栓布置方式,以便充分利用锚栓的受拉性能。     

柱脚锚栓计算方法

针对石油化工装置中柱脚锚栓的受力情况进行了分析,提出了四种受力情况,是否考虑锚栓与混凝土基础弹性性质的压弯受力状态及有无受压区的拉弯受力状态,并详细推导每种状态下柱脚锚栓受拉力的计算过程,以期指导相关设计工作。     

弯剪受力下群锚有限元分析

采用型钢—混凝土后锚固连接方式,对弯剪受力下粘结型锚栓群的受力性能进行了试验研究和有限元分析。结果表明,该类连接的破坏形态为锚栓钢材破坏,仅锚栓周围混凝土发生锥体破坏,锚栓内力以拉应力为主。锚固承载力随着埋深的增加而提高,加载端至基材表面的水平距离较大时,弯矩起控制作用,承载力较小;水平距离较小时,则表现为弯剪共同作用,承载力较大。     

混凝土用锚栓受拉承载力研究综述

介绍了国内外对锚栓抗拉性能的研究成果,锚栓受拉破坏模式有五种形式,其中混凝土锥体破坏是最常见的。分析了影响锚栓受拉承载力的因素,并对两种锚栓受拉承载力计算公式进行了对比分析,最后对今后研究方向提出了建议。     

直接剪切型锚栓钢板加固混凝土梁的抗弯承载力试验研究

首次提出了直接剪切型锚栓钢板加固体系的概念,其技术特征在于可以消除锚栓杆与钢板安装孔壁之间的间隙,最大限度保证群锚的协同受力。完成了4根钢筋混凝土试件抗弯承载力的对比试验。试验结果表明,所有加固试件的锚栓均未出现剪断现象,钢板受拉屈服,与对比试件相比受弯承载力提高120%,且加固试件具有良好的延性。     

化学锚栓加固植筋混凝土构件抗震性能试验

为了研究化学锚栓能否用于地震地区和受拉区混凝土构件,对化学锚栓加固植筋混凝土构件的锚固性能进行了试验。通过拟静力试验,研究了锚固构件的破坏形态、锚栓在反复荷载作用下的锚固效果和抗震性能。试验结果表明:化学锚栓的动载锚固效果良好,可以用于地震地区和受拉区混凝土构件的锚固;化学锚栓提高了构件的承载力和延性,尤其在反复荷载试验后期,在限制构件承载力下降和位移增大方面起到了重要作用;锚栓施工技术是影响构件抗震性能的重要因素。     

锚栓低温安装与高温受火后抗拉性能研究

针对工程中常用的膨胀型锚栓、模扩底锚栓、自切底锚栓和化学锚栓进行了常温条件、低温安装条件和高温受火条件下的基本抗拉性能试验,研究了锚栓在不同试验条件下的抗拉性能。研究结果表明,模扩底锚栓和自切底锚栓在各种工况下均表现出良好的抗拉性能,抗拉承载力稳定性良好;化学锚栓在常温条件下抗拉性能良好,低温安装和高温受火条件下承载力与稳定性有所下降;膨胀型锚栓在所有工况下均发生拔出破坏,承载力水平低,稳定性差。根据试验结果给出工程中推荐使用锚栓的顺序为模扩底锚栓、自切底锚栓、化学锚栓、膨胀型锚栓。     

外露式钢柱脚抗震性能试验研究

为研究外露式钢柱脚的抗震性能,对其进行了水平往复加载试验。试验中以锚栓的材料、数量和排列方式以及柱脚承受轴力等为变化参数,分析了不同参数对柱脚抗震性能的影响,研究了柱脚的承载力、刚度、延性及耗能能力等。结果表明:当钢柱受轴拉力作用时,外露式柱脚底板与基础分离,两侧锚栓同时承受拉力和剪力,柱脚产生明显的滑移变形,当柱转角为2%时锚栓断裂,受弯承载力为相同轴压试件的17.7%。当钢柱受轴压力作用时,外露式柱脚产生转动变形,底板绕某一点转动,翘起处锚栓受拉,另一侧底板与混凝土基础接触产生压应力。采用热轧锚栓的外露式柱脚在大变形下表现出良好的耗能能力,而采用冷拔锚栓的外露式柱脚在柱转角为4%时破坏,转角延性系数降低了约60%。当轴压比为0.2时,在不同位置增加2个锚栓后,外露式钢柱脚受弯承载力较基本试件的分别提高了10%和16%,耗能能力分别提高了19%和9%。锚栓的布置方式对柱脚的初始刚度及耗能能力影响较大。     

混凝土用锚栓受拉极限荷载影响因素研究

埋置于混凝土中锚栓的工作状态通常是承受轴向拉力,对混凝土用锚栓进行了受拉性能试验,得到埋置在混凝土中的锚栓受拉时的力-位移变化关系曲线。分析了锚栓失效时拉伸极限荷载的主要影响因素,研究了锚栓在不同锚杆直径、不同埋置深度、不同混凝土材料强度等条件下,锚栓受拉极限荷载的变化情况及变化规律。     

张拉工艺对压力分散型锚索 荷载不均匀系数的影响

 压力分散型锚索锚固段受力均匀并有可靠的防腐蚀系统,特别是在软弱破碎地层中可以提供高于拉力型锚索数倍的承载力,近年来在国内岩土加固工程中逐步得到应用。由于压力分散型锚索各承载体单元长度的差异,容易导致锚索各承载体单元荷载的差异,对锚索的加固效果产生不利影响。通过对压力分散型锚索荷载不均匀系数的探讨,分析不同张拉工艺时压力分散型锚索的荷载不均匀系数,探讨消除和减小锚索荷载不均匀系数的对策,提出工程加固中合理选用压力分散型锚索的建议。针对不同工程条件通过对锚索张拉工艺的调整,可以大大降低锚索的荷载不均匀系数,说明压力分散型锚索不仅适用于临时工程,也可以满足永久性工程需要。     

预应力锚索框架梁支护结构的设计

预应力锚索与混凝土框架梁的复合结构能够充分发挥锚索和框架梁的锚固作用，广泛应用于边坡加固中。根据锚索和框架梁各自的特点，说明预应力锚索框架梁复合支护结构的边坡加固机制：通过对锚索框架梁受力体系的分析，介绍框架梁的内力计算方法和锚索的主要参数设计。根据锚索的状态，划分为张拉阶段和工作阶段。针对锚索的工作阶段，提出利用滑坡推力确定框架梁上的土压力，从而采用倒梁法反推锚索拉力，计算出梁的内力。     

压力型CFRP筋锚杆的拉拔破坏试验与分析

为把CFRP筋锚杆更好地应用到岩土锚岩中,制作三丝7CFRP筋压车型锚杆,通过场地试验,对锚杆的极限承载力、锚头位移和锚固体应变进行理论分析,并形成一套压力型CFRP筋锚杆的制作和施工工序。     

砂土中锚板荷载-位移特性研究及上拔位移计算

根据砂土中水平锚板的抗拔荷载 位移 (Q S)曲线特征 ,假定锚板的无量纲化荷载 位移 (Q Qu—S D)曲线为双曲线方程 ,对本次砂土中模型锚板的抗拔试验数据和相关的现场和模型试验结果 ,进行了统计学分析 ,阐明了模型试验锚板和现场试验锚板抗拔性能的差异 ,考虑到实际工程的不确定性 ,按 95 %的置信上限确定双曲线方程的系数 ,得出水平锚板的无量纲化双曲线方程 ,据此可以求解锚板在工作荷载下的位移。最后对方程的应用作了说明。     

乌江构皮滩水电站软基锚桩抗拔试验研究

在乌江构皮滩水电站水垫塘及边坡存在页岩、黏土岩、粉砂质黏土岩,且夹薄层泥灰岩和少量中细粒钙质砂岩,为典型的不均质软岩,为了克服运行期间的浮托力,设计采用1 200多根锚桩对该层软岩进行锚固,则锚桩的极限承载力、群桩的间距和锚固深度等3个主要指标需要通过原位试验确定。将地表变形测量和深部应力测量的一般方法应用于锚桩的径向变形和轴向应力影响范围测量,进行了5根锚桩抗拔试验,并设计了一套试验方法。通过研究不同边界条件下锚桩的破坏形式,确定了锚桩的极限承载力标准值。通过测试锚桩周围岩体铅直方向上抬变形沿径向的分布规律研究了锚桩对软岩的影响范围,确定群桩间距为12D(D为桩径),通过预埋钢筋计测试不同深度的应力大小,研究了锚桩深部应力的分布规律并确定了锚桩的锚固深度为42D。     

南竹加筋复合锚杆加固土遗址研究

 南竹加筋复合锚杆是专门针对大体量土遗址加固设计的一种新型锚杆。通过试验证明,采用PS系列灌浆、南竹加筋复合锚杆加固土遗址符合文物保护的原则。当采用水泥砂浆作为灌浆材料时南竹加筋复合锚杆单位锚固力可采用30 kN/m,当采用PS-(F+C)浆液灌浆时单位锚固力可采用20 kN/m。南竹加筋复合锚杆加固土遗址时的薄弱界面是锚杆杆体与锚固体之间,水泥砂浆和PS-F灌浆材料的强度都可以满足南竹加筋复合锚杆锚固时的要求,水泥砂浆锚固体与锚杆杆体的黏结强度标准值为187 kPa,特征值为85 kPa;12%PS-F与粉煤灰锚固体与锚杆杆体的黏结强度标准值为114 kPa,特征值平均为52 kPa。     

压力型CFRP筋锚杆粘结性能试验研究

为克服粘结型CFRP筋锚杆强度不高、工程质量不好控制等缺点,提出了CFRP筋在岩土锚固中作为压力型锚杆的建议。采用Φ7CFRP光圆筋为拉杆,利用自行研发的灌浆式螺丝端杆锚具及配套使用的环氧砂浆,验证了光圆CFRP筋-锚具的锚固性能,并分析了拉断破坏试件荷载-滑移曲线。研究结论可为多丝光圆CFRP筋在压力型锚杆中的工程应用提供参考。     

单锚及群锚失效对边坡稳定性影响的模型试验研究

针对典型岩土体边坡,通过室内模拟试验,研究锚力变化或锚失效在群锚中引起的荷载转移现象,探讨群锚失效后边坡稳定性的劣化过程、失稳形态以及坡面设置格子梁对锚索张力及边坡稳定性的影响等问题。群锚抑制坡体的变形效应,可使岩体均匀性、整体性加强,增加韧性和承受大变形而不破坏的能力。群锚中某一锚索锚力变化会导致其承担的荷载在群锚内部发生较明显的转移现象,结构面压缩带同时被削弱,结构面的整体安全度降低;某一锚索的失效也会引起相邻锚索接连失效的多米洛效应,导致边坡稳定性急剧降低。坡面施加格子梁结构可调动坡面更大范围岩土体发挥自承能力,分担锚索承担的部分荷载,改善边坡的稳定性。岩坡加固设计中应注意格子梁结构强度与锚索锚固力相匹配。     

地下洞室预应力锚索合理张拉吨位快速反分析

 预应力锚索在安装后,即有一个初始应力,并且应力随地下洞室后期开挖而变化。如何选择一个合理的初始张拉吨位,使锚索在洞室开挖完毕后达到指定的应力,既保证发挥锚索的作用,也留有一定的安全余地,是一个关键的问题。将该问题转化为求解锚索初始张拉系数的最优化问题。介绍预应力锚索的应力计算理论后,对常规的变尺度法进行改进,利用基于Broyden族的最优自调节变尺度法对尺度矩阵进行修正,使用向前差商来逼近梯度,采用Wolfe准则进行不精确线性搜索来确定最优步长,从而得到带一维不精确搜索的最优自调节差商变尺度法,用来反演预应力锚索的合理的初始张拉系数。同时针对反分析计算量大的特点,采用增量变塑性刚度迭代法,避免因预应力改变而需要重新组成刚度矩阵的问题,从而大大提高反分析的计算速度。最后将其应用于锦屏二级水电站地下厂房的预应力锚索初始合理张位吨位的快速反分析。实例表明,该方法具有收敛速度快,计算量小,数值稳定性好的特点。     

单支点桩锚结构中锚杆预应力锁定值的反演分析

桩锚支护结构中 ,锚杆预应力水平是根据工程地质条件和基坑设计要求确定的。通常情况下锚杆预应力是先期张拉锁定的 ,在基坑后续开挖过程中 ,随着墙后土压力的逐渐增大 ,锚杆预应力水平将相应增大 ,故施工过程中锚杆预应力的锁定值须小于实际设计预应力水平。在等值梁计算模型假定下 ,根据开挖过程中排桩支护结构的水平侧移反演分析了锚杆预应力锁定值 ,据此锁定值施工 ,可使锚杆最终预应力水平与设计预应力水平取得较佳的一致性