Strut-and-Tie Method as a Basis for Optimization of Hoop Prestressed Tendons in Abnormally Shaped Anchorage Zone of Cable-Stayed Bridge Pylon

Based on full-scale segment model tests of the abnormally shaped anchorage zone of the Maling River cable-stayed bridge pylon and FEM analysis, its mechanical and deformation properties were obtained, and the validity of FEM analysis was verified. An optimal layout of prestressed tendons in the anchorage zone was obtained by using the strut-and-tie method （STM）. The comparison FEM analysis between the full-scale segment model and the optimal prestressed tendons model show that： the optimal model not only saves prestressed tendons, but also achieves the same cracking resistance; STM method is reliable and accurate in the analysis of the abnormally shaped anchorage zone of cable-stayed bridge pylon.

ANALYSIS ON INCREMENTAL COHESION OF SURROUNDING ROCK DUE TO PRESTRESSED CABLE ANCHOR

A new method for determining the incremental cohesion △Cm of surrounding rock due to prestressed cable anchor is presented, and the formulas for △Cm are deduced and △Cm distributions also are discussed, based on the two anchorage effects, one is the effect with the prestressed vaIue △σ3 of cable anchor improving the stress state of surrounding rock and increasing the surrounding rock strength, the other is the fully encapsulated effect. The determined incremental cohesion △Cm is subiected to the model test and field measurement in the references, and coincides well with those tested results. The formulas for △Cm can be used in designing supoport parameters and related numerical analyses of prestressed cable anchor.

钢绞线热铸锚节点高温下抗拉性能试验研究

针对锌铜合金熔点较低(约460℃±10℃)、高温下热铸锚节点容易失效的问题,对预应力钢绞线热铸锚节点进行了高温抗拉性能试验,获得了高温下试件的破坏模式和抗拉承载力,提出了钢绞线热铸锚节点在高温下极限抗拉承载力计算公式,以及在各荷载比下的临界温度,可用于钢绞线热铸锚节点的抗火承载力验算与防火保护层厚度设计.试验研究表明,温度低于200℃时,破坏模式为钢绞线断裂;温度高于200℃时,破坏模式通常为钢绞线滑脱.温度为150~440℃时,钢绞线热铸锚节点的极限抗拉承载力随温度升高而降低,287℃、340℃、392℃和425℃时的极限承载力分别为常温时的77.3%、39%、35.2%和10.5%.

斜拉桥索塔锚固区环向预应力筋优化方法研究

为防止斜拉桥索塔锚固区开裂、改善锚固区应力分布,基于遗传算法结合三维数值仿真提出一种索塔锚固区环向预应力筋优化方法,该方法利用数值仿真模型识别混凝土待优化区域,将张拉系数作为设计变量,建立数学优化模型,再结合遗传算法不断迭代优化设计变量,使索塔锚固区达到最优应力状态。以溧宁高速公路景宁高架段斜拉桥为背景,通过数值仿真和足尺模型试验,建立优化模型并采用遗传算法以锚固区应力水平为优化目标对索塔锚固区环向预应力筋进行优化迭代,并依据实测预应力损失修正优化方案。结果表明:环向预应力筋能为锚固区塔壁提供6~8 MPa的预压应力,可有效增强锚固区塔壁的抗拉能力;足尺模型试验实测预应力损失约为10%,且通过试验测得的应力值与理论计算值相吻合,数值仿真结果准确;采用最终得到的预应力方案可使索塔锚固区最大拉应力降低27.1%,有效改善锚固区应力分布状况。

隔板对斜拉桥索塔锚固区承载力的影响分析

为研究构造内隔板对斜拉桥索塔锚固区承载力的影响分析,文中以广中江高速公路西江水道桥及其足尺试验为案例,采用ABAQUS,建立设置不同数量及厚度的构造隔板索塔锚固区的有限元模型,分析其对斜拉桥索塔锚固区承载力的影响。结果表明,在斜拉桥索塔锚固区内增设隔板可有效提高其承载能力,且屈服强度和极限承载强度随着构造内隔板的厚度增大而一定程度地增大。

软岩隧道高强预应力锚索快速支护技术研究——以木寨岭公路隧道为例

为研究适用于软岩隧道的高强预应力锚索快速支护技术,依托木寨岭公路隧道,首先,对锚索系统施工工艺、要点等进行分析,通过现场锚索拉拔试验对其支护性能进行研究;然后,提出高强预应力锚索系统支护参数设计基本原则,并开展关键设计参数取值研究;最后,总结高强预应力锚索快速支护技术应用于木寨岭公路隧道所取得的工程实效。得到结论如下:1)高强预应力锚索系统由“高强钢绞线+垫板+锚具+树脂锚固剂+表面协同支护构件”组成,其施工要点包括钻孔、树脂锚固、预应力张拉与监测、配件安装等;2)预应力锚索系统具备快速高强支护能力,1.7 m锚固长度的锚索锚固力大于300 kN,10 m长锚索的施工时间小于1 h;3)严重挤压下的锚索支护开挖数值计算表明,锚索支护具有良好的变形控制效果;4)木寨岭公路隧道中采用高强预应力锚索快速支护技术可有效控制围岩变形,提升施工进度。

基于物质-场分析的可拆卸矿用锚具的优化设计研究

预应力锚固技术在煤矿巷道顶板支护中被广泛应用,但目前针对预应力锚索锚固结构的卸锚仍采用手工操作,缺乏安全成熟的研究和成果。本研究分析了锚环-夹片-锚索三者之间物质-场关系,确定了传统矿用锚具卸锚过程中的关键问题,通过消除非有效完整功能的物质-场模型、减缓有害功能的物质-场模型等两个方面进行分析,借助实验室试验对其进行结构优化。最终提出一种可拆卸矿用锚具,并在井下进行了应用试验。试验结果表明,相较于目前常用的矿用锚具,论文提出的可拆卸矿用锚具在实现快速高效拆除的同时,所需拆卸力小,锚索剩余应力实现归零,卸锚过程安全可靠。

丹江口水库特大桥地锚式桥台设计

丹江口水库特大桥为主跨760 m的双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥,1号、4号桥台采用地锚式设计。基于桥台规模限制及结构耐久性考虑,地锚式桥台创新采用了空腔式箱形台身结构(由底板、墙身、盖板和锚台段主梁等组成)。桥台全长45.8 m、顶宽31.6 m,共设置18个空腔,采用矩形扩大基础。为实现传力平顺,地锚式桥台台梁过渡段台身采用肋墙式构造;为降低桥台整体应力水平、提升桥台的抗裂性能,在台身侧墙设置竖向预应力;为增强1号桥台的抗滑稳定性,在台身侧墙设置CFRP岩土锚杆,锚杆锚入中风化基岩。采用有限元法对地锚式桥台构造的受力性能及抗滑稳定性进行验证,结果表明:桥台总体应力分布均匀,台梁过渡段应力过渡平顺,桥台纵、横隔墙应力以压应力为主,并且关键部位有一定的压应力储备;1号桥台设置CFRP岩土锚杆后其抗滑稳定系数提升了20%以上。

悬索桥主缆锚固系统构造及设计原则

悬索桥主缆锚固系统是将主缆索股拉力传递至锚体的连接构造,目前主要有预埋钢构件锚固系统和预应力锚固系统2类形式。阐述了2类锚固系统的基本构造,包括预埋钢构件锚固系统的钢拉杆、后锚梁、无粘结处理及预应力锚固系统的预应力筋、索股连接件等。从构造设计与结构计算两方面给出了设计原则,如钢拉杆、后锚梁、预应力钢束等钢构件的计算及锚固区混凝土抗裂设计方法等。从锚室内部环境要求、主缆锚固系统防腐措施和可更换锚固系统等方面对主缆锚固系统耐久性设计进行了讨论,包括锚室内设置的通风除湿系统、钢拉杆等钢构件采用的防护体系及可更换主缆锚固系统的构造要求与更换操作注意事项等。

预应力钢棒体系索塔锚固区力学特性研究

针对斜拉桥索塔锚固区传统钢绞线预应力体系存在布设复杂、预应力分布不均匀、锚下应力集中等问题,对采用无粘结预应力钢棒体系索塔锚固区的力学特性开展了研究。以洛溪大桥拓宽工程主桥为背景,采用ANSYS软件分别建立了该桥预应力钢棒体系及传统钢绞线预应力体系索塔锚固区节段有限元模型,对比了2种预应力体系索塔锚固区在2种荷载工况下(完成预应力张拉但未张拉斜拉索和斜拉索张拉后)混凝土塔壁横桥向应力、顺桥向应力、第一主应力和第三主应力。结果表明:2种荷载工况下,无粘结预应力钢棒体系具有足够的压应力储备;与传统钢绞线预应力体系相比,无粘结预应力钢棒体系锚固区的应力水平较低,混凝土塔柱的应力水平沿高度方向更为均匀,采用无粘结预应力钢棒体系索塔锚固区具有更优的力学性能。

缆索吊装索鞍一体式新型组合式锚碇力学性能研究

缆索吊装索鞍一体组合式锚碇是一种新型锚固结构,其工作阶段受力十分复杂,结合四川某大跨钢管混凝土拱桥建设工程并基于midas GTS NX有限元软件,对不同荷载组合下的新型组合式锚碇进行数值模拟,对其最大应力分布位置及锚索荷载占比进行分析。结果表明,新型组合式锚碇在复杂地形中具有更好的适用性,在不同荷载组合下,其最大拉应力及压应力均出现在荷载施加位置;增加主缆荷载会增大锚索的受力分配比例,增加扣索荷载会增加桩基及承台的受力分配比例;主缆荷载的增大会增加后排锚索的索力占比,扣索荷载的增大会增加前排锚索的索力占比。

斜拉桥U形预应力索塔锚固区受力与抗开裂试验研究

为研究斜拉桥U形预应力索塔锚固区的受力与抗裂特性,采用ANSYS有限元软件建立了淮沭新河大桥桥塔8节段有限元模型。分析了应力分布规律,并选取最不利索力节段开展了足尺模型静载试验研究索塔锚固区的实际受力特性,进一步提出了索塔锚固区抗裂系数以探讨其抗开裂性能。结果表明:在U形预应力工况下,索塔塔壁及锚固区整体呈受压状态,索塔短壁外部和长壁内部区域存在-7.41~-6.1 MPa的预压应力;U形预应力筋锚固处和圆弧段外侧区域处于复杂应力状态,出现1.5~2.0 MPa的局部集中拉应力;在索力组合工况下,塔壁压应力降低至-4.43~-2.78 MPa,此时塔壁内应力水平较均匀;索塔短壁外部和长壁内部区域相对U形预应力工况出现约为3.0 MPa的拉应力增量,即预压应力很好地抵消了索力产生的拉应力;斜拉索锚固区存在一定应力集中,锚固面出现最大压应力-14.58 MPa,锚固区凹槽侧面出现1.53 MPa的最大拉应力,为受力最不利位置;在模型加、卸载过程中,模型各测点实测应力与荷载等级基本呈线性关系,模型整体处于弹性受力状态;数值计算值与试验实测值相对误差在15%以内,吻合良好;锚固区抗裂系数最小为1.38,大于1.0限值,表明U形预应力筋为索塔锚固区提供有效的预压应力储备,索塔锚固区具有良好地受力与抗开裂性能。

丹江口水库特大桥地锚式桥台CFRP预应力岩锚施工技术

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥,边中跨比为0.2,边跨端部设置空腔式箱形台身+岩锚的组合式地锚式桥台。为提高地锚式桥台在横桥向不平衡土压力作用下的抗滑稳定性,在1号地锚式桥台台身外侧墙中心线位置布置14组(每组2束)高性能竖向CFRP预应力岩锚结构,该岩锚结构由CFRP预应力锚杆和RPC粘结介质构成,分为地上锚固段、自由段和地下锚固段3段。该岩锚结构采用后安装工艺施工,即CFRP预应力锚杆先在工厂加工制作,整体运输至现场后单根整体安装下放。为验证CFRP预应力岩锚结构的可靠性、注浆工艺的可行性,在CFRP预应力岩锚主体结构施工前进行足尺模型工艺试验。工艺试验结果表明:CFRP预应力岩锚结构具有良好的锚固性能及足够的安全储备,注浆工艺可行。地锚式桥台施工时在墙身位置预埋管道,桥台及上部主梁施工后从梁面顶部通过预埋管道进行地下锚固段孔道钻孔施工,清孔后进行CFRP预应力锚杆整体下放安装,之后进行孔道注浆,最后进行CFRP预应力锚杆张拉、封锚,完成岩锚施工。该桥28束CFRP预应力岩锚已施工完成,且岩锚注浆密实,注浆强度满足设计要求。

预应力锚索锚固力损失机理分析及其在岩土工程中的应用

本文主要探究了预应力锚索的锚固力损失机理以及岩土工程中预应力锚索的应用方法和监测措施。分析认为,土体的蠕变与压缩变形以及锚固段岩体质量和施工中的震动、冲击等,都会导致预应力锚索的锚固力受到不同程度的损失。随后以某公路工程为例,使用预应力锚索对公路高边坡进行了加固。在施工完毕后抽选部分锚索进行了锚固力监测,结果表明有部分锚索的锚固力损失严重,达不到施工要求。采取补偿张拉措施后,锚固力损失值从160.75 kN降低为7.05 kN;锚固力损失比从19.60%降低至0.93%,使锚索的锚固力重新达到了施工要求。

基于有限元模型的斜拉桥索塔锚固区预应力效应分析——以泸州白沙长江大桥为例

文章以泸州白沙长江大桥为背景,研究斜拉桥索塔锚固区预应力效应,并采用有限元分析软件建立局部空间三维模型,分析表明:在运营状态和斜拉索换索荷载作用下,锚固区整体应力满足规范要求;根据锚固区受力特性,采用单纵向预应力锚固形式可行,研究成果可为日后类似桥塔设计提供参考与建议。

预应力锚索技术在岩质边坡治理的应用

边坡治理是岩土工程中极为关键的部分,因此研究基于预应力锚索的岩土边坡治理技术十分必要。针对所研究区域收集基本情况和岩质边坡的几何参数,计算预应力锚索的数量和长度,并根据计算结果在岩质边坡设置预应力锚索。将预应力锚索张拉数据与岩质边坡的几何参数输入到FLAC^(3D)软件中,分析加固前后岩质边坡位移变化,在不同平台宽度、不同锚固角、不同锚固力和地震荷载下岩质边坡加固后的稳定性。试验结果显示,使用预应力锚索加固岩质边坡后,边坡的塑性应变以及X、Y方向的位移均发生明显减小。同时平台宽度较大,锚固角为0°,锚固力900 kN时,岩质边坡的位移最小,加固效果最佳。使用预应力锚索加固岩质边坡后,即使在地震荷载影响下仍然具有较小位移变化,说明预应力锚索能够有效治理岩质边坡。

大吨位小半径环向预应力在斜拉桥索塔锚固区中的应用研究

目前我国大跨径斜拉桥索塔锚固区开始采用大吨位小半径环向预应力体系 ,该体系突破了现行《公路桥涵设计规范》的规定。

独斜塔斜拉桥预应力索塔锚固区模型试验研究

为保证厦门马新大桥索塔锚固区安全,根据其小半径环向预应力索塔锚固区、非对称受力的4个重要工作状态(预应力施工、正常使用、单索作用和超载),采用斜向加载,进行了足尺模型试验和空间精细有限元分析.结果表明:计算值与试验结果吻合较好,有效预应力对锚固区受力影响很大,索非对称布置对锚固区受力影响不大;环向预应力锚固区极限承载能力超过1.7倍设计索力荷载,安全可靠.

斜拉桥索塔低回缩环向预应力锚固结构研究

为设计一种新型的斜拉桥索塔锚固区预应力锚固结构,避免采用常用环向预应力索塔锚固结构带来的局限性,在调查分析了已有研究成果的基础上,从锚固区环向预应力损失的原理出发研究减少预应力损失的措施,提出了新型的低回缩环向预应力锚固结构方案。以韩家沱长江特大桥索塔锚固区为研究对象,设计了索塔低回缩环向预应力锚固结构和U形环向预应力锚固结构,并对这2种方案的有效预应力及预应力作用下索塔锚固区混凝土应力进行计算,结果表明,采用低回缩环向预应力锚固结构可显著减少预应力损失且有效应力沿程分布均匀,索塔锚固区的混凝土应力分布也更加均匀。

加锚节理面的抗剪试验研究

通过一系列剪切模型试验,研究在不同法向力、预应力和锚固情况下锚索对平滑节理面抗剪性能的影响,利用对比试验将销钉力、预应力和轴力增量3种力的抗剪作用分离出来,着重探讨了在剪切过程中3种力对节理面的抗剪贡献,并分析了锚索模拟体的破坏形式。试验结果表明,预应力锚固明显提高了节理面剪切力-位移曲线初始段的抗剪力和剪切刚度,并使得曲线末段表现出塑性强化的特征;预应力大小对加锚节理面抗剪强度的影响与试验条件、节理面状况和锚固角等有关。试验和理论分析表明,剪切位移开始阶段预应力和销钉作用发挥了主要作用,杆体形成塑性铰后轴力增量则起了重要的作用,锚索的破坏一般发生在节理面附近,属于拉剪复合破坏模式。