常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载~滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明:在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。

高频低能冲击扰动下锚固结构渐进失效试验研究

高频低能冲击扰动对巷道围岩及锚固结构造成持续疲劳损伤,是深部巷道趋向失稳的重要诱因,合理构建抗冲击动载巷道锚固支护体系及避免锚固结构失效已经成为深部煤炭开采面临的重要课题之一。采用理论分析、实验室试验、数值模拟等方法,研究了冲击载荷下锚固结构内部应力传递转化机制,阐明了锚固结构累积损伤与渐进失效机理,提出了冲击动载巷道控制准则。结果表明:压缩应力、拉伸应力与压拉快速转换形成的震荡效应是造成锚固结构损伤的三大要素;压缩、拉伸作用下介质抗压强度与不协调变形是导致锚固界面破坏的关键因素,锚固结构在内部法向驱动力作用下损伤累积,切线模量为负或单次动载冲击变形量持续逆势上扬时锚固结构失效,压缩、拉伸、震荡叠加影响下锚固结构预紧力损失及内部损伤存在明显的累积突变效应,内部裂隙以张拉裂隙为主,整体破坏从震荡效应向拉伸效应再向压缩破坏效应逐渐演化。通过提高围岩/锚固剂协调变形能力,增加锚固长度调动大范围岩体承载、保护锚固界面,保持锚固结构承载区抗剪阻滑强度大于动载冲击时内部法向驱动力,同时削弱震荡效应可有效降低锚固结构累积损伤程度。最后提出了降能-高阻-让压的冲击动载巷道控制技术准则,包括远场卸压、近场强支、破碎围岩改性、预紧力维持和让压结构,可为类似条件巷道维控提供指导。

可滑动钢锚箱组合索塔锚固结构力学性能试验研究

佛山富龙西江特大桥4~26号斜拉索塔上锚固采用可滑动钢锚箱组合索塔锚固结构,为掌握这种新型索塔锚固结构的力学性能,开展1∶2缩尺模型试验,对滑动副的工作性能、钢锚箱和混凝土塔柱应力状态、钢锚箱与混凝土塔柱间竖向相对滑移量、斜拉索索力传递路径及混凝土塔壁裂缝的发展规律进行研究。结果表明:镜面不锈钢与双组份石墨烯改性氟碳漆涂层组成的滑动副摩擦系数为0.055,适合作为可滑动钢锚箱的滑动副;钢锚箱侧拉板在斜拉索索力作用下处于拉、弯、剪复合受力状态,最大应力为150 MPa,应力水平较低,混凝土塔柱顺桥向最大拉应力仅为0.57 MPa,即使不设预应力也无开裂风险;钢锚箱与混凝土塔柱间的竖向相对滑移量很小,二者间连接可靠,能够很好地共同承受竖向索力;滑动端锁定前,竖向索力几乎全部由钢锚箱的固定端通过剪力连接件传递给混凝土塔柱,水平索力几乎全部由钢锚箱承担,滑动端锁定后,斜拉索索力增量由钢锚箱与混凝土塔柱共同承担;加载至2.5倍标准组合索力过程中,结构依次出现竖向裂缝和水平裂缝,所有裂缝宽度均较小,最大宽度仅0.2 mm。

锚杆锚固结构中高频导波传播特性

锚杆锚固结构中高频导波(大于1MHz)的低衰减特性在现场锚杆无损检测中具有巨大的应用价值。通过对实验室有限锚固结构模型的频散特性分析,获得锚固结构中衰减最小的最佳激发波,并用数值模拟和室内试验进行验证,3种方法的研究结果均能够互相印证,证明高频导波能够对有限锚固结构进行无损检测,同时也验证了所建立的锚固结构频散特性分析模型的正确性。而后通过对不同尺寸锚固结构的频散特性分析和相应的波结构分析确定了低频导波和高频导波在有限与无限锚固结构中导波传播特征的差异性与相似性。差异性表现为当激发波为低频导波时,有限锚杆结构中锚固结构中存在衰减较小的模态,而无限锚杆结构中则不存在类似模态,这说明低频导波在有限锚固结构中的传播规律无法应用于现场的无限锚固结构的无损检测;相似性表现为当激发波为高频导波时,锚杆结构中存在不受边界条件影响的模态,这意味着该模态能够直接应用于现场锚杆的无损检测。低频导波和高频导波在有限锚杆结构和无限大锚杆结构中传播的不同表现,可以通过波结构进行直观解释:在位移波结构示意图中,杆内相对位移小的模态能量更集中,衰减更小,传播距离更远;反之,则不适合进行无损检测。

大跨度公铁同层斜拉桥锚箱式索梁锚固结构传力机理及参数分析

鉴于锚箱式索梁锚固结构构造和受力复杂,以某在建四塔大挑臂公铁同层斜拉桥锚箱式索梁锚固结构为研究对象,采用数值模拟分析该结构在设计索力作用下应力分布规律及荷载传递机理,通过参数分析研究合理的结构设计参数。研究结果表明,该桥索梁锚固结构各受力板件均存在不同程度的应力集中,应力集中主要出现在板件开孔边缘以及板件间交界处;锚固结构通过支承板与主梁腹板间4条连接焊缝以剪力的形式传递92.5%的索力,索力传递效率较传统钢锚箱更高;锚固结构中,各受力板件厚度变化对各板件力学行为影响具有耦合性,封端板和支承板受力对其自身厚度变化最为敏感,且封端板和支承板厚度增加能够缓解各板件的应力集中,但2片外侧加劲板对锚固结构各板件受力影响很小。建议该类型索梁锚固结构在保留封端板和支承板原设计的基础上去除两侧加劲板,将更具经济性。

新型耐火纤维模块锚固结构在台车式加热炉的应用

耐火纤维模块质轻、隔热保温且蓄热损失小被广泛应用于新建或改造升级的高温锻造加热炉中,纤维模块锚固结构稳定性对加热炉使用寿命和运行效果有重要影响。针对高温加热炉炉顶耐火纤维模块易松动和脱落问题,从耐火纤维模块锚固结构、炉内温度和炉内气氛三个方面分析了造成炉顶耐火纤维模块松动和脱落的原因。通过高温模拟实验,得出高温下具有氧化性的炉内气体从耐火纤维模块收缩缝中窜入导致金属锚固件或锚固结构焊接端头被氧化烧损是炉顶耐火纤维模块松动脱落的主要原因。结合现场实际提出了一种新型耐火纤维模块锚固结构,并将其应用于某厂高温台车式加热炉的修理和改造项目,在降低耐火纤维模块安装施工难度、延长耐火纤维炉衬使用寿命、保证加热炉稳定可靠运行、降低生产成本等方面效果明显,取得了显著的经济和社会效益。

优化复合锚固结构与单一锚固结构抗爆性能对比试验研究

优化复合锚固结构是由土钉和在土钉端部系统而规律地设置的一定长度的经特殊处理的空孔段群组成。空孔群在围岩介质中造成一个弱化区,弱化区介于支护结构与围岩介质之间,将原有的二介质系统(支护结构和围岩),改变为三介质系统(支护结构、弱化区和围岩)。爆炸条件下,优先由弱化区产生变形、破碎、压实或压密,同时大量吸收爆炸能,使支护结构的危机得以转移至弱化区而本身不受损。优化复合锚固结构对比单一锚固结构具有优异的抗动静载性能。因此进行对比试验,研究优化复合锚固结构及单一锚固结构的抗爆性能。试验结果表明,在支护结构产生临界破坏前后,单一锚固结构的质点加速度量值是优化复合锚固结构的2.22倍以上,前者的动应变量值是后者的5.30～4.50倍以上。在临界破坏条件下,优化复合锚固结构的抗力是单一锚固结构的5.10倍以上,在极限破坏状条件下,前者是后者的4.13～3.40倍以上。

新型复合锚固结构抗爆宏观效应与分析

为研究新型复合锚固结构的抗爆性能,进行了岩石中该结构与单一锚固结构的抗爆效应现场对比试验。试验结果表明:新型复合锚固结构洞室的临界破坏荷载是单一锚固结构洞室的178%;就破坏程度而言,单一锚固结构洞室是新型复合锚固结构洞室的2.5倍;复合锚固结构存在优化设计问题,优化设计因素包括:空孔直径、空孔密度、空孔深度、锚固区深度。新型复合锚固类结构的弱化效应吸能非常显著,用于岩石介质洞室的抗爆加固是完全可行的,并具有显著的技术经济效果。

优化与非优化复合锚固结构抗爆性能对比试验研究

优化复合锚固结构与非优化复合锚固结构均由土钉和在土钉端部设置的一定长度的经特殊处理的空孔段群即弱化孔群组成,二者的惟一差异是弱化孔长度不同,前者是优化的,后者是据经验确定的。为比较二者的抗爆性能,进行了对比试验研究。试验结果表明,非优化复合锚固结构的拱顶动应变峰值是优化复合锚固结构的2.1倍以上,非优化复合锚固结构的质点加速度峰值是优化复合锚固结构的2倍(拱顶)～5倍(底板),并与宏观结果相吻合,优化复合锚固结构的临界破坏抗力是非优化者的2.1倍以上,极限破坏条件下,拱顶下凸大变形尺度和面层脱落范围,优化复合锚固结构仅为非优化复合锚固结构的25%和33%。

斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构传力机理及疲劳可靠性研究

针对锚拉板式索梁锚固结构部分区域应力集中严重,疲劳性能不明确等问题,对湛江海湾大桥锚拉板式索梁锚固结构分别进行了足尺比例静载和疲劳模型试验,研究了其结构特点、制造工艺、应力集中程度、塑性区大小和分布、关键构造细节的疲劳性能等。通过有限元计算,对影响结构性能的一些重要参数进行了分析。研究结果表明,该结构部分区域存在一定程度的应力集中,在1.7倍设计荷载作用下个别区域出现了屈服,经循环加载疲劳试验结构关键部位未发现疲劳裂纹,结构的静承载力和疲劳性能均能满足设计要求,并具有一定的安全储备。研究结果为类似结构的设计提供了可靠的参考数据,并对结构参数优化、改善结构受力性能等具有一定的指导意义。

钢箱梁斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构的试验研究

斜拉桥的索梁锚固结构受力集中、构造复杂。介绍了锚拉板式索梁锚固结构的特点及其在大跨斜拉桥中的应用,通过对广东湛江海湾大桥锚拉板式索梁锚固结构进行足尺模型静力试验,得到静力荷载作用下锚拉板式索梁锚固结构各测点应力。结合有限元分析和模型试验结果,分析了锚固结构的应力分布及传力机理,锚拉板式索梁锚固结构的设计方案及制造工艺得到了验证。根据Von.Mises强度理论,对锚固结构的承载能力做出了评价,得出一些有益的结论。

南京长江二桥南汊桥索梁锚固结构疲劳试验研究

南京长江二桥南汊桥的斜拉索与钢箱梁的锚固采用了锚箱式索梁锚固结构,其受力复杂,特别在运营活载作用下的疲劳性能值得关注。介绍了该索梁锚固结构的足尺模型疲劳试验,在理论分析和试验研究结果的基础上,分析了该索梁锚固结构在循环荷载作用下的疲劳性能,得出一些有益的结论。

大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构型式的比较研究

介绍大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构的 4种常见连接型式 :锚箱式连接、耳板式连接、锚管式连接与锚拉板连接。结合具体工程实例 ,对上述 4种索梁锚固结构进行了静载试验和理论分析 ,详细比较了 4种锚固结构的传力机理、应力分布、应力集中现象 ,以及改善应力分布、减小应力集中现象的一些措施 ,得到一些有益的结论 。

预应力锚固结构腐蚀介质作用下的耐久性试验研究

基于对预应力锚固结构腐蚀影响因素的分析,选取pH值、时间、应力水平及材质作为影响预应力锚固结构腐蚀的主要因素进行分析,并对各因素正交组合后进行预应力杆件的室内加速腐蚀试验。得到预应力锚固结构在腐蚀介质作用下的外观规律性表现,并分析影响预应力锚固结构腐蚀的各种因素对于单位长度腐蚀量及断面损失率等指标的影响规律。试验结果表明,随pH值的增大,单位长度腐蚀量呈现出递减趋势,总体呈负指数形式发展;而随着时间的延长,腐蚀量不断增加,但腐蚀量增量逐渐减小,呈幂函数形式发展,而应力水平对于单位长度腐蚀量的影响并不显著。所得到的拟合公式能够正确地反映单位长度腐蚀量与各因素之间的关系,也为工程中预应力锚固结构使用寿命的预测奠定了理论基础。

岩土锚固结构腐蚀程度的评估

岩土锚固结构在我国已有数十年的应用,如何评估岩土锚固结构的耐久性尤其是腐蚀程度是目前比较关注的问题。在研究分析影响锚固结构腐蚀影响因素的基础上,将物元分析理论引入层次分析法,建立岩土锚固结构腐蚀程度的多层次评估模型(锚固段(自由段)和锚头分别建立,各包括17个和5个指标及子指标),确定各项指标的评估标准和评估模型各部分的初始权重,提出实际评估时采用变权评估,对指标体系给出相应的评判标准,给出岩土锚固结构腐蚀程度的变权评估方法。最后对示范工程渝黔公路的一段岩土锚固结构实例进行腐蚀程度评估。

大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构型式的比较

介绍了大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构的 4 种常见连接型式:锚箱式连接、耳板式连接、锚管式连接与锚拉板连接。结合具体工程实例,对上述 4 种索梁锚固结构进行了静载试验和理论分析,详细比较了 4 种锚固结构的传力机理、应力分布、应力集中现象,以及改善应力分布、减小应力集中现象的一些措施,得到一些有益的结论,供桥梁设计者参考。

格构锚固结构与地基相互作用分析

为了研究格构锚固结构支挡加固松散土层效果,对格构锚固结构与地基土相互作用进行三维有限元模拟.研究松散土体在格构锚固结构作用下的变形及应力分布的变化规律,分析格构锚固结构的受力特征.结果表明,在格构锚固结构的作用下,滑坡体内部受到较均匀的压应力,土体强度提高,在纵横格构梁交叉的尖点处土体存在拉应力集中,塑性区的范围仅限于表层土;预应力锚索加固变形模量小的松散土层与加固变形模量大的岩体同样有效.格构梁的有限元模拟与解析解结果比较表明,按有限元解进行设计比较安全,若按解析解结果设计,建议乘以系数K=1.3.建议格构梁的纵横梁不论是中间梁还是边梁均采用统一的设计方案.

外露型钢锚箱索塔锚固结构受力机理试验

通过缩尺比例为1∶2的节段模型试验,揭示了外露型钢锚箱索塔锚固结构的受力机理,重点分析了塔壁预应力在结构中的作用效应.研究结果表明:外露型钢锚箱索塔锚固结构在中小跨径桥梁中具有较好的适用性;在塔壁不开裂的情况下,预应力不会改变水平索力在钢锚箱和混凝土塔壁之间的分配关系;预应力能够明显减少塔壁混凝土的拉应力,提高塔壁的抗裂性能,但也会降低钢板的利用率和增大焊钉剪力顺桥向作用的剪力.

混合式锚固结构在高速公路路堑边坡加固中的应用研究

结合一工程滑坡实例,探讨了由主动锚和被动锚构成的混合式锚固格子梁结构在加固路堑边坡设计中的几个问题,提出了由边坡类别确定锚间距以及根据保证边坡稳定级别确定锚位置的设计方法。

锚固结构爆破振动规律与损伤的模型试验

选用水泥砂浆和玻璃钢分别模拟岩石和锚杆,进行物理模型试验,结合理论分析和实践,研究锚固结构不同部位在掏槽爆破作用下的振动规律与损伤,并结合小波包分析,对动应变信号进行深层次的分解分析。结果表明:在爆破作用下,对于邻近工作面的一排锚杆,其锚固段和自由段的振动规律在频率、幅值、持续时间和波形方面明显不同,此排锚杆的振动能量大,但频带较宽,能量分散;随着离工作面距离的增加,锚固段和自由段测点的振动应变波幅值和频带迅速衰减,振动能量集中在窄的频带内,且持续时间有所增长。结合试验结果、现有的理论和实践,分析锚固结构在爆破作用下的振动损伤或失效,基于锚固结构的不同形式的损伤,从控制振动的幅值、主频段、持续时间和提高结构的抗动载性能方面,提出预防锚固结构损伤的建议。