隧道式锚碇的承载机理及夹持效应指标分析

为了衡量隧道锚夹持效应发挥作用的大小,本文通过分析隧道锚的承载特性,提出用隧道锚的夹持效应系数和峰值承载力作为夹持效应指标,并利用Mohr-Coulomb准则对二者的表达式进行了推导;对普立特大桥隧道锚进行了有限元分析,通过对其应力、塑性区等指标的分析来计算其夹持效应指标来对其适用性和准确性进行验证;对不同位移状态下的夹持效应系数进行分析,并结合位移、荷载、承载力和夹持效应系数对隧道锚的设计提出建议。研究结果表明:公式计算结果、有限元分析结果及现有研究结果间的误差小于10%,所得公式具有良好的适用性和准确性;在荷载不变的情况下,隧道锚的夹持效应系数随着承载力的减小而呈增大趋势,说明适当降低隧道锚的承载力有助于夹持效应发挥作用,隧道锚也更满足其保护环境、资源节约的特点。研究结果可为隧道锚的设计提供依据。

基于模型试验的齿坎型重力锚抗滑机制

为了探究齿坎型重力式锚碇的承载特性与抗滑机制,依托贵州省牂牁江特大桥纳雍岸重力式锚碇工程,开展了相同试验条件下平底锚碇1/4埋深、齿坎锚碇1/4埋深、平底锚碇半埋深及齿坎锚碇半埋深四种工况的室内物理模型试验,并对各工况锚碇位移-荷载曲线、锚碇-地基接触应力、地基应变及地基宏观变形破坏特征进行分析。结果表明:四种工况锚碇模型的极限承载力分别为3P(平底1/4埋深)、4P(齿坎1/4埋深)、7P(平底半埋深)和8P(齿坎半埋深);同种型式锚碇模型增大埋深可以显著提升锚碇的承载能力,同等埋深条件下齿坎型重力式锚碇承载性能要优于平底重力式锚碇;齿坎构造能够充分调动地基联合承载;基于地基的宏观变形破坏特征将其变形破坏过程划分为无裂隙、裂隙初现、裂隙发展以及破坏四个阶段;对齿坎型重力式锚碇承力过程进行了力学分析,得出齿坎构造力学特性较好,对限制锚碇变位和提高锚碇承载能力作用明显。

张靖皋长江大桥南航道桥锚体结构精细化分析

张靖皋长江大桥南航道桥为主跨2300 m的双塔双吊跨钢箱梁悬索桥,南、北锚碇采用巨型重力式锚碇,通过后张预应力体系将拉力为7万吨级的主缆锚固在锚体上,锚体结构受力复杂。为指导南航道桥锚体结构设计,以主缆水平分力较大的南锚碇为例,根据设计需求对其开展精细化分析,并给出相应的设计建议。基于锚体的2种控制工况(预应力张拉阶段工况及主缆拉力作用阶段工况),采用有限元软件建立1/2南锚碇有限元模型与中央索股面切块有限元模型,分析锚体的总体、局部及底面应力的分布规律;提出基于主应力迹线和边界面应力分布的力流分析方法,分析锚块内部的主要拉、压力流路径。结果表明:锚体总体应力水平较低,后锚面锚固区及后锚室上、下两侧存在拉应力集中,且后锚室的前方底面存在较大的剪、拉应力组合;后锚面上、下两侧及锚块尾端区域存在较大拉力流。据此给出了延长前、后锚面锚固区钢筋及加密后锚室前方底面的竖向钢筋等配筋构造设计建议。

适用于超高强钢丝缆索的新型主缆锚具设计研究

随着悬索桥跨径的增大,主缆钢丝的强度等级不断提高,对锚具的合理设计也提出了更高的要求。本文对主缆锚具的现有设计方法进行了介绍。基于2200 MPa级超高强钢丝缆索,对主缆锚具的材料、结构形式与外形尺寸开展初步设计,提出了新型主缆锚具的设计方案。采用有限元方法建立锚具的精细有限元模型,对设计方案的受力性能进行了数值模拟与参数分析。结果表明新型主缆锚具受力合理,设计方案可行,锚具壁厚、摩擦系数对锚具应力水平的影响最为明显,并据此提出了锚具的建议优化设计方向。

桥梁缆索热铸锚不同灌锚工艺的数值分析

桥梁缆索热铸锚灌锚方法对铸体密实度和锚具锚固性能有重要影响。以Φ7 mm-187-2100 MPa斜拉索锚具和Φ5 mm-127-2200 MPa悬索桥主缆索股锚具为例,采用铸件充型凝固过程数值模拟技术,研究了不同灌锚方法和工艺参数对合金铸体缩孔缩松情况的影响。结果表明,采用水平灌锚法、浇铸模具上设置与浇口分离的顶冒口、合金浇铸温度为450℃、模具预热温度为250℃、合金充型凝固过程中对模具大端上半部分加热至390℃以上并持续12 min,可有效提高铸体密实度。

自锚式悬索桥主缆锚固设计及铸钢锚锭制造

主缆锚固区是自锚式悬索桥的关键部位,其结构型式的设计一定程度上决定了自锚式悬索桥的总体布置。针对主缆锚固构造在设计和建造中存在的问题,先对比分析了自锚式悬索桥主缆4种锚固方式、适用条件及其优缺点,后以九乔路大桥为实例,介绍了该桥总体设计、主缆钢结构锚固方案,并探讨了铸钢锚锭在制造、安装过程中的难点和关键技术。建成后通车运行情况表明:1)本桥总体设计、主缆锚固方案合理,适应航道、路网规划,桥型美观;2)铸钢锚锭的铸造、安装工艺先进,主缆锚固可靠。

悬索桥岩锚式锚碇的承载特性研究

悬索桥岩锚锚碇系统能充分利用岩体承载能力,为了研究其承载特性和破坏模式,以主跨为1768 m的某公路双塔单跨吊钢箱梁悬索桥岩锚锚碇为例,先建立了锚址区地质概化模型,通过原位测试和室内试验分析得到岩体力学特性;后采用FLAC^(3D)建立了锚碇系统及围岩相互作用的三维模型,模拟分析了岩锚区围岩塑性区分布规律、变形特征、岩锚破坏模式;再采用楔形断裂法得到了岩锚的抗拔安全系数。结果表明:1)岩锚锚碇系统的破坏机理为主缆拉力作用下,锚体及周边围岩沿着破裂角发生整体拉剪复合破坏;2)通过超载法得到该桥岩锚锚碇围岩稳定安全系数为7.0;3)采用“楔形断裂法”得到岩锚锚碇的抗拔安全系数为4.0。

绿汁江大桥大倾角隧道锚主缆预应力锚固系统定位技术

绿汁江大桥为主跨780 m的单塔单跨钢箱梁悬索桥,玉溪岸隧道锚总长86 m,锚塞体底板与水平面夹角54°,主缆预应力锚固系统定位精度要求高达3 mm。针对锚固系统定位测量的重难点,分别采用精密导线法、双导线法布设洞外、洞内加密控制网;建立锚固系统数学模型,将隧道锚坐标系转换为整体坐标系,计算索股预应力管道坐标,并与软件建立的锚固系统三维几何模型中的坐标对比,经复核坐标转换结果准确。主缆预应力锚固系统随锚碇基础及填芯混凝土施工逐层安装定位,采用全站仪三维坐标法及精确修正球气差常数的全站仪三角高程差分法对测量高程进行修正。定位时,首先进行后锚面模板精调;接着基于锚垫板与索股预应力管道同轴调整原理,调整锚垫板与对应索股预应力管道轴线相垂直以及锚垫板的平整度,进行后锚垫板定位;然后安装定位支架,进行索股预应力管道定位;最后进行前锚垫板定位,实测锚固系统定位精度小于3 mm。

张靖皋长江大桥南航道桥北锚碇地下连续墙槽壁稳定控制技术

张靖皋长江大桥南航道桥为主跨2300 m的双塔双跨吊钢箱梁悬索桥,北锚碇位于长江下游民主沙岛上,地下水水位高,地层以粉砂层和粉质黏土层为主,粉质黏土层力学性能及稳定性差。北锚碇为重力式锚碇,采用双层回字形支护转结构复合地下连续墙基础。地下连续墙共划分为214个槽段,最大深度69.5 m,槽段类型有一字形、L形、T形和十字形。根据地下连续墙结构特点和地质、水文情况,采用液压铣槽机成槽,施工前利用有限元软件模拟分析,确定控制槽壁稳定的关键指标。施工中通过采用三轴水泥搅拌桩加固上部槽壁、分阶段控制泥浆关键指标、填高场地并设置降水井控制槽内泥浆和周围地下水之间的水头差、双重控制成槽垂直度和钢箱(钢筋笼)吊装垂直度,以及优化槽段施工顺序等措施,降低了槽壁失稳的风险,保障了地下连续墙施工质量。

坝陵河大桥隧道锚围岩力学特性原位试验研究

为全面认识坝陵河悬索桥西岸隧道锚的受力变形特性及安全稳定性,在分析研究锚碇区地层岩性特点基础上,利用相似性原理设计了与锚碇系统实际受力状态相适应的隧道锚原位模型试验系统,研究了原位试验加载及测试方法.试验成果表明,锚塞体混凝土和岩体在不同岩体条件下呈现出不同的变形特点:当岩体质量较好时,变形基本呈线性变化;当锚塞体周围岩体质量较差时,岩体的非线性变形特征明显.锚塞体与岩体之间的剪切残余变形表明锚塞体和岩体接触面在设计荷载作用下将产生较大的相对滑动.完整性较差岩体中的锚塞体变形远大于完整性较好情况下的锚塞体变形.

斜拉索下锚头干空气除湿布置优化研究

斜拉索是斜拉桥重要的承重构件,而桥梁运营中产生的疲劳-腐蚀耦合损伤会显著缩短斜拉索的使用寿命。为延长构件寿命,斜拉索构造中包含了多道防水构造措施,但难以杜绝建设期或运营期冷凝水在重力作用下集聚在下锚头区域引发的材料腐蚀问题,因此对斜拉索下锚头进行干空气主动除湿的技术构想应运而生。本研究针对斜拉索下锚头干空气除湿方案中锚具内空气流场开展计算流体动力学分析,分析了输气与排气管路布置和输气压强对锚具内不同区域有效流量的影响,比选优化提出“边缘输气-中心排气”的斜拉索下锚头干空气除湿方案。

四渡河特大桥隧道式锚碇数值模拟

采用数值模拟方法研究了悬索桥隧道式锚碇系统的力学行为特征、围岩稳定状态、锚碇变位机理和拓扑效应。就锚碇体轴线倾角、长度、夹持角、接触界面粗糙度及结合程度对锚碇位移和岩体安息稳定性的影响作了深入探讨。研究发现:夹持角控制着锚碇变位和破坏机理,夹持角过小时锚碇压密围岩土体,较大时锚碇前端附近土体则产生剪切破坏;锚碇长度影响接触面围岩应力量值,表现为非线性的自组织临界特征;锚碇体粗细对系统主要监控参数的贡献相对均匀。给出了锚碇拓扑参数的取值范围和针对性的设计措施,为悬索桥隧道式锚碇的优化设计提供了理论基础。

江阴大桥北锚沉井基础变位过程实测研究

根据江阴大桥北锚沉井基础变位 41次的观测资料 ,揭示长江下游软土地基上大跨径悬索桥锚碇沉井基础在施工及营运阶段的变位规律。实测结果表明 :特大型沉井分区封底对沉井沉降特征具有重要影响 ;不同施工阶段 ,锚碇沉井基础变位呈现出不同的特征 ,沉降及不均匀沉降是最根本的变位。

确定预应力锚索锚固长度的复合幂函数模型法

通过拟合不同工程类型的锚杆的拉拔试验实测数据,提出了锚固段轴力分布的三参数复合幂函数模型及锚索锚固段轴力分布的两参数复合幂函数模型,由静力平衡条件建立了剪应力沿其锚固长度的分布规律。分析了剪应力分布的特征,提出了一种锚索有效锚固长度计算方法,给出了参数G的取值,指出平均强度法确定锚索有效锚固长度是偏于不安全的。

宜昌伍家岗长江大桥隧道锚设计与研究

宜昌伍家岗长江大桥为(290+1160+402)m双塔简支钢箱梁悬索桥,江北侧为国内千米级悬索桥首次在软岩上修建隧道锚。通过地质钻孔、室内试验、斜硐勘探、原位试验等多种方式研究确定合理的岩体力学参数进行隧道锚设计。隧道锚轴线长90 m,其中锚塞体段长45 m,倾斜角度为40°;前锚面尺寸为9.04 m×11.44 m,后锚面尺寸为16 m×20 m。通过室内模型试验和现场缩尺模型试验,结合数值模拟分析掌握隧道锚与围岩的破坏变形模式和流变特征,确定隧道锚的承载力为8P,保证了结构的安全稳定。

悬索桥重力式锚碇结构变位规律研究

采用室内相似模型试验和数值模拟方法,对某悬索桥重力式锚碇变位问题进行了研究。相似模型的几何相似常数为1:100,体积力相似常数为1:1.325。数值模拟取相似模型试验条件,土体服从摩尔-库仑准则,锚碇和围护结构视作弹性体,选用模型试验相似材料实际参数。研究表明,软土中锚碇结构的变位随锚拉力变化的规律为:在锚拉力作用下,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,变位随锚拉力的增加呈非线性增大。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积极作用。

山区公路悬索桥隧道锚设计

山区公路悬索桥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、对周边环境扰动小。隧道锚设计规范、准则未成体系,设计参数不确定及山区隧道锚设计的特殊性是设计中的难点。隧道锚尺寸设计分为锚体截面设计和锚体长度设计。采用有限元方法对所设计隧道锚进行计算,结果表明:在7.5倍设计缆力作用下,岩体位移、应力均在可控范围内,岩体塑性变形范围有限,隧道锚处于稳定、安全受力状态;隧道锚设计方案安全系数大于6,满足设计要求。

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。

润扬大桥悬索桥北锚碇基础方案比选

润扬长江公路大桥南汊悬索桥北锚基础位于地质水文条件复杂的世业洲北部,经过多阶段多方案的反复论证比较,最终确定采用矩形地下连续墙基础方案,介绍其基础方案的比选情况。

广东虎门大桥东锚碇现场结构模型试验研究

介绍了广东虎门大桥东锚碇１：５０现场结构模型试验，根据试验结果探讨了锚碇结构 岩体的变形机制和可能的破坏模式，为确定锚碇结构岩体稳定性的安全系数提供了依据。根 据试验数据和资料分析，对施工和运营期间的监测提供了具体的建议。