Study on Ultimate Pullout Force of Grouting Anchors of the Anchor-Pull Retaining Wall

Determination of the grouting anchor pullout force is a key step during the design of anchor-pull retaining wall, but it is mostly determined relied on empirical formula at present, and the rationality and the safety cannot be effectively guaranteed. Based on the engineering case of the gravity retaining wall of Qinglin Freeway, the model test was designed, and combined with the results of the ABAQUS finite element numerical analysis, it was analyzed that how the anchor axial pulling force distributes. The results showed that the force of the anchor near the wall bolt was large and which far from the wall was small and the ultimate pullout force was proportional to the length, diameter and shear strength. When the end tension of the anchor was small, the top load played a leading role on the anchor tension. This conclusion confirmed the calculation formula of ultimate pullout force was and provided a theoretical basis for anchor-pull retaining wall design and calculation.

胀锁型锚索双向加固窄煤柱试验研究与工程应用

针对沿空掘巷窄煤柱非对称变形问题,提出了对穿锚索双向加固窄煤柱技术,设计了伸长型和胀锁型两种对穿锚索结构及工艺,开展了对穿锚索拉拔试验,试验表明两种锚索结构均满足抗拉要求,从锚索破坏形态、施工便捷性和材料经济性等方面对比分析,确定胀锁型对穿锚索为窄煤柱双向加固的首选。进一步通过相似模型试验与数值模拟研究了不同加固方式下煤柱承载变形规律和对穿锚索受力特征。结果表明:双排紧密型对穿锚索加固试件较未加固试件峰值荷载提高了96.04%,且随着锚索排数及数量的增加,窄煤柱双向加固稳定性越来越高,胀锁型对穿锚索提高了煤柱破坏前的能量储存量和临界破坏点。最后,在济宁三号煤矿123_(下)04工作面运输巷开展胀锁式对穿锚索加固窄煤柱工程试验,监测显示对穿锚索锚固力超过220 kN,锚索加固区煤柱帮鼓量降低70%,窄煤柱整体稳定性好,窄煤柱双向加固技术可行,为沿空掘巷工程提供了新技术途径。

串联式锚定板抗拔承载特性及影响因素分析

为提高锚定板抗拔承载能力,设计串联式锚定板锚固系统。借鉴侧向受荷桩的“M”法,通过锚固系统受力平衡条件及位移连续性条件,提出串联式矩形锚定板锚固系统抗拔力-位移关系的理论分析方法。基于FLAC3D有限差分软件,建立锚定板锚固系统与土相互作用的数值模拟模型,进行埋设于黏性土中不同尺寸的方形锚定板抗拔承载力室内模型试验。结合室内模型试验及数值模拟结果,通过拟合分析,获得串联式矩形锚定板锚固系统抗拔力-位移关系的近似解析解,将3个工程案例中不同尺寸及埋深的锚定板抗拔力-位移的现场试验结果与理论分析及数值模拟结果对比,验证理论分析方法及数值模拟结果的正确性。探讨串联式方形锚定板锚固系统埋深及相邻锚定板间距对锚固系统抗拔承载力的影响。研究结果表明:当锚定板锚固系统埋深H<5b(b为锚定板边长)时,其破坏模式呈现浅埋锚定板的破坏特征;当埋设深度H≥5b时,其破坏模式呈现深埋锚定板破坏特征。对于串联式锚定板锚固系统,为避免相邻锚定板相互影响而降低锚固系统的抗拔承载能力,相邻锚定板间距应满足L≥3b。

金属预埋吊件的拉拔力学性能试验研究

为研究金属预埋吊件(简称预埋吊件)的拉拔力学性能和破坏机制,考虑无边距和有边距效应的影响,研发了一套拉拔加载装置,设计并完成了预埋吊件混凝土试件的拉拔试验。其中无边距影响的预埋吊件混凝土试件采用了5种预埋吊件,有边距影响的预埋吊件混凝土试件采用了3种预埋吊件,并运用ABAQUS模拟无边距影响的试件拉拔试验进行验证。结果表明:无边距影响的预埋吊件中销栓型预埋套筒、锚杆型内螺纹套筒以及锚筋型内螺纹套筒发生了预埋吊件拉断破坏,双头预埋吊杆试件发生了劈裂破坏,锚板型预埋套筒发生了理想的混凝土锥体破坏;有边距影响的混凝土预埋吊件均发生混凝土锥体破坏。

抗浮锚杆极限荷载现场试验及抗拔承载力预测

基于青岛某工程抗浮锚杆的极限承载力现场拉拔试验,对抗浮锚杆荷载-位移规律进行分析,明确“一锚多筋”型抗浮锚杆破坏形式、破坏机理,同时,采用三次多项式函数预测极限上拔位移下抗浮锚杆的抗拔承载力。研究表明:锚杆的荷载-位移曲线呈“缓变-陡升”型;锚-岩界面黏结强度较小,抗浮锚杆主要产生锚固体拔出破坏;规范公式预测值存在较大偏差。通过三次多项式函数的回归分析,杆体位移的误差控制在10%以内,且锚杆杆体位移小于20 mm时,预测精度最高可达97.4%。研究结果对该地层抗浮锚杆的设计与工程应用具有一定的参考价值。

鱼雷锚拉拔过程的三维有限元模拟分析

随着海洋风电由浅海走向深海,固定式海洋平台逐渐被漂浮式海洋平台取代。鱼雷锚基础作为漂浮式锚泊系统的基础部件,克服了固定式锚泊系统在安装过程中依赖水深等特点,成为海洋风电走向深海的“主力军”。为研究鱼雷锚基础的拉拔特性,本文基于PLAXIS 3D有限元软件开展了鱼雷锚拉拔过程的数值模拟研究,分析了鱼雷锚贯入土体后的最终贯入深度、倾斜状态对拉拔位移和鱼雷锚变形的影响规律。研究结果表明,鱼雷锚的拉拔位移随贯入深度的增加而减小,并且对鱼雷锚进行倾斜可有效减小鱼雷锚的拉拔位移。该研究成果可为鱼雷锚的设计和安装提供有益的借鉴与参考。

便携式在役锚索预应力检测设备研制及应用

现有的锚索预应力检测设备要求锚索外露段长度>70 cm,不适应于运维期的在役锚索检测,且质量大都在150 kg以上,对于高陡边坡锚索检测显得笨重。为此研制了HRAD-300型便携式在役锚索预应力智能检测仪,可适用于钢绞线外露长度>7 cm的在役锚索预应力检测。检测仪位移量程200 mm,测量误差0.01 mm;测力量程300 kN,测量误差±1%FS,单件质量<15 kg,总质量<40 kg。基于反拉法原理及检测曲线形态,提出锚下有效预应力算法,并编制了相关软件。室内试验表明,检测曲线形态多为拐点不明显型,计算值与原始锁定值基本一致。使用该设备对邛崃市天台山景区凤凰岩不稳定斜坡锚固工程进行检测,结果表明,现场锚索检测曲线多为拐点明显型,具有明显的突变点及陡降;锚索运行状态良好,持续发挥功效,2号锚索预应力损失较为明显,可以采取补偿张拉方式;同一锚索的不同钢绞线存在受力不均的情况。便携式在役锚索预应力检测仪智能、轻便,可为锚固工程健康评价提供数据支撑。

基于黏聚力模型的螺纹钢锚杆拉拔数值模拟

为研究螺纹钢锚杆锚固结构变形破坏机理,采用ABAQUS软件建立锚固结构轴对称数值模型,基于黏聚力模型,开展数值试验,获得锚固结构拉拔过程中锚杆变形、荷载以及锚固体位移场分布演化规律。试验结果表明:在相同的拉拔位移下,小肋间距锚杆也能够承受更高的拉拔荷载,表明小肋间距锚杆对巷道围岩变形的承载能力更强;在锚杆拉拔过程中,随着拉拔位移的增加,岩体破坏和离层区域呈倒碗形向岩体深部扩散,当拉拔位移增加至9.06 mm后,岩体锚固段末端处位移增速加大,岩体的最大位移为4.79 mm,出现在锚固段端口处,最终导致锚固段基体破坏;锚杆轴力与锚杆肋间距呈负相关,锚杆的轴力随着肋间距的减小而增加。

HRB400钢筋与UHPC锚固可靠度分析及锚固设计研究

为给桥梁工程中HRB400钢筋与超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)锚固设计提供依据,对两者间的粘结性能及锚固长度进行研究。根据中心拔出试验中54个不同参数HRB400钢筋与UHPC锚固试件的粘结强度结果,回归得到粘结强度计算公式;在此基础上利用中心点法进行锚固可靠度分析与基本锚固长度计算,并与国内外规范基本锚固长度计算结果进行对比。结果表明:《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)和CEB-FIB Model Code 2010计算的基本锚固长度接近,与中心点法相比偏大、偏安全;基于锚固长度计算结果,给出不同保护层厚度下基本锚固长度和钢筋断裂最小锚固长度建议值;提出UHPC相对保护层厚度为0.5时,可采用《混凝土结构设计规范》计算HRB400钢筋与UHPC基本锚固长度和钢筋断裂最小锚固长度;UHPC相对保护层厚度为1.0、1.5、2.0时,可通过修正《混凝土结构设计规范》计算结果取值,基本锚固长度修正系数分别可取0.8、0.65、0.55,钢筋断裂最小锚固长度修正系数分别可取0.85、0.7、0.6。

抗浮锚杆技术介绍及工程特性研究

近年来工程抗浮事故频发,抗浮锚杆在结构设计中常被用作抵抗地下水浮力的处理手段之一。然而,目前对抗浮锚杆的抗拔承载性能的研究仍存在不足,缺乏对锚杆的杆体受力理论、荷载传递机理和长期承载特性的研究。本文详细介绍了不同类型的抗浮锚杆以及抗浮锚杆的施工过程,并基于某实际工程项目开展了抗浮锚杆的现场静载试验。通过现场试验对抗浮锚杆的抗拔承载特性、抗拔承载力理论计算公式和长期承载特性进行了分析和研究,并将抗浮锚杆的抗拔性能和传统静压桩基的抗拔性能进行了对比分析。研究结果表明:双折线模型理论计算公式可以较好地模拟实测的抗浮锚杆抗拔荷载-位移曲线,能够为后续抗浮锚杆工程的设计提供理论参考;抗浮锚杆相比于传统静压桩基具有较好的抗拔承载性能,抗浮锚杆是一种安全可靠的地下工程抗浮设计的选择;采用抗浮锚杆的地下室长期监测数据显示,地下室最大累计上浮位移基本在1.1 mm以下,说明抗浮锚杆的长期承载特性较好。

轻骨料混凝土锚固化学锚栓拔出承载能力试验研究

我国《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ 145-2013)并未对化学锚栓在轻骨料混凝土中的使用做出规定,国内外也缺少相关研究,制约了化学锚栓的应用。为研究拔出破坏模式下轻骨料混凝土锚固化学锚栓的抗拉性能,本文采用通丝及倒锥形化学锚栓,设计并进行了11组静力约束抗拉试验,分析化学锚栓直径、锚固深度、化学锚栓类型等因素对轻骨料混凝土中化学锚栓抗拉性能的影响。通过试验结果可以发现,后锚固化学锚栓的破坏模式包括胶-混界面破坏、胶-筋界面破坏、锚栓钢材破坏和劈裂破坏;倒锥形化学锚栓的承载力较通丝化学锚栓低,易发生胶-筋界面破坏,而通丝化学锚栓易发生胶-混界面破坏;通丝化学锚栓的平均粘结强度随锚固深度增大而增大,与化学锚栓的直径相关性不大,抗拉承载力均随锚固深度和直径的增加而增大。

基于Vortex的客滚船拉锚仿真分析

针对拉锚试验仿真提出一种分析方法。以某客滚船为研究对象,基于变质量运动学理论,利用SolidWorks和Vortex软件开发、创建一种实时有效的锚系动态仿真方法,并与现场拉锚场景进行比对,以验证该方法的可行性和可靠性,为锚系仿真提供有效参考,并为取代木模试验提供条件。

倾斜拉拔荷载下锚桩承载性能及桩周位移场可视化离心模型试验

单点系泊系统作为一种新型锚固系统获得越来越多的应用,然而倾斜拉拔荷载下单点系泊锚桩的承载性能及桩周土体变形机理尚不明确。基于人工合成透明土材料搭建了可视化离心模型试验系统,对倾斜拉拔荷载下锚桩的力学响应展开离心模型试验,探讨加载角度对锚桩承载力、失效模式和桩周土位移场的影响规律,并与1g条件下透明土模型试验结果进行定性的对比分析。研究结果表明,开展的基于透明砂土的离心模型试验,可以用于评估现场应力状态下锚桩的承载特性与失效机理、土体内部位移场;桩周土体的位移量沿深度方向差别相对较为明显,锚眼附近的土体位移相对较大;1g条件下土体位移场无法合理反映位移沿桩身方向的变化规律,极限荷载下桩侧土体的变形量小于离心模型试验中的土体变形量。

黄河下游冲积地层高压旋喷锚索拉拔特性研究

为揭示黄河下游冲积地层高压旋喷锚索的拉拔特性,基于济南起步区黄河大道地下快速路基坑工程,选取了两组共8根高压旋喷锚索进行拉拔试验,并利用ABAQUS进行单根高压旋喷锚索拉拔精细化有限元计算。通过现场试验与数值计算结果对比,分析了高压旋喷锚索侧摩阻力和端阻力承载机制,研究了极限抗拔承载力的计算方法。结果表明:随加载荷载增大,高压旋喷锚索锚固段从全长弹性到局部塑性再到局部破坏后达到极限承载力,侧摩阻力峰值由端部向后不断传递,锚固体前段4m的侧摩阻力约占总侧摩阻力的86.9%,锚固段长度可进一步优化;加载期间,高压旋喷锚索端阻力持续增大,达到极限破坏时端阻力承担的荷载约占总荷载的30%,使得其位移增量变化较稳定。考虑端阻力提高效应及施工工艺因素,提出了黄河下游冲积地层高压旋喷锚索极限抗拔力承载力计算公式,通过与其他不同计算方法的对比分析,验证了该计算公式的合理性。

基于扩孔锚固的参数优化分析及力学性能试验研究

针对软弱煤岩体锚固性能差、锚固力低的技术难题,提出采用锚固孔扩孔锚固的方法提高锚固力;采用数值模拟方法分析了钻孔围岩、锚固剂及锚杆的力学特征,并对扩孔参数进行优化分析;结合实验室树脂锚固剂的锚固效果试验,确定了扩孔段长度120 mm,最大扩孔直径58mm为最佳扩孔参数,并研发了扩孔装置。实验室锚杆拉拔对比试验表明:扩孔锚固所能提供的抗拔力显著高于正常锚固,平均锚固力增大1.63倍,且在锚固剂与钻孔围岩脱粘后,锚固力衰减较小;扩孔段锚固体对钻孔围岩具有“压密-破坏-压密”的循环过程,表现出“延性破坏”特性,避免锚固力出现较大幅度的衰减。

多支盘锚杆的原型试验与荷载传递特征分析

多支盘锚杆是新近研发的新型锚固结构,与普通锚杆相比具有优良的工程特性。在多支盘锚杆室内模型试验研究的基础上,通过极限平衡理论推导出多支盘锚杆极限承载力理论计算公式,计算模型结果与室内实测数据基本一致,验证了计算公式的有效性。为了进一步掌握多支盘锚杆的荷载传递特性,开展了现场边坡锚固原型试验,利用现场多支盘锚杆拉拔测试所得数据研究了多支盘锚杆的支盘直径、支盘间距和支盘个数对多支盘锚杆极限承载力和变形控制能力的影响。试验结果表明:在粉质黏土中,当支盘间距大于等于4倍支盘直径时,可认为各支盘能独立工作,充分发挥多支盘锚杆的承载力;在相同条件下,与普通锚杆相比,随着多支盘锚杆的支盘直径从300 mm增大到500 mm以及支盘个数从1个增加到3个,多支盘锚杆的抗拔承载力提高非常明显,其变形控制能力也大幅度增强;多支盘锚杆的轴力传递曲线在支盘位置发生突变,呈陡降型,充分体现支盘在抗拔方面的贡献作用。该研究成果为多支盘锚杆的工程应用奠定了良好的理论基础。

锚杆-膨胀土界面的力学特性影响因素研究

锚杆支护在治理膨胀土边坡滑塌方面应用广泛,为了研究围压及含水率对锚杆-膨胀土界面极限抗拔应力和剪切刚度模量的影响,以冀北地区重塑膨胀土为研究对象,采用自制拉拔试验系统,开展了不同围压和不同含水率条件下的拉拔试验,对极限抗拔应力和剪切刚度模量进行分析.试验结果表明:极限抗拔应力与剪切刚度模量同步变化,在含水率趋于最优含水率时达到最大值,后随含水率的增大而减小;拉拔应力与锚固体轴向应变关系曲线中存在两个较为明显的拐点,可将曲线分为三个阶段;极限抗拔应力、剪切刚度模量与围压呈正相关线性关系。

砌体结构后锚固化学锚栓抗拔承载特性试验研究

老旧小区改造加固工程的快速发展,大幅拓宽了后锚固锚栓在砌体结构中的应用。基于多组拉拔试验,较为系统地研究了砌体结构后锚固化学锚栓破坏模式、破坏过程、抗拔承载力与影响因素之间的关系。结果表明:锚栓主要存在拔出、锥形、混合三种破坏模式,极少出现筋材屈服断裂破坏,锚栓的破坏模式与锚栓锚固深度、锚栓直径密切相关,以混合破坏作为边界破坏形式,给出了破坏模式与锚深、直径的统计关系式。在验证本试验数据可靠的基础上,推导出了拔出破坏和混合破坏模式下承载力的统一计算公式。

型钢悬挑脚手架设计施工问题探讨

针对高层建筑建造中普遍应用的型钢悬挑脚手架设计与施工,分析了型钢悬挑梁的设计计算模型,基于算例结果提出了模型参数的取值标准;建立了U形拉环在混凝土楼板上锚固破坏的三棱柱体模型,给出了锚固承载力的设计计算方法;总结了斜拉钢丝绳在实际工程应用中的缺陷,建议取消斜拉钢丝绳。

基于金属粉末的3D 打印锚杆与混凝土粘结性能研究

3D打印技术具有快速成型、质地均匀的优势,近年来在土木工程领域中的应用备受关注。本文采用铝合金、不锈钢、模具钢3种金属粉末利用选择性激光熔化(SLM)打印技术制作金属锚杆,对比了不同类型的3D打印锚杆与真实锚杆的拉伸性能。研究发现,3D打印不锈钢锚杆在拉伸强度和应变规律上与真实锚杆相似。在此基础上,进一步探究了3D打印不锈钢锚杆与混凝土之间的粘结性能。结果表明,相比真实锚杆,3D打印不锈钢锚杆与混凝土的粘结强度更高。当混凝土强度等级为C30、C40时,3D打印不锈钢锚杆与混凝土的粘结强度分别提升了1.73%和1.64%。除此之外,3D打印不锈钢锚杆与混凝土的粘结应力—滑移曲线上升段斜率相对较大,峰值粘结强度对应的滑移值相对较小。