深基坑预应力锚杆锚固段应力分布规律与应用

基于凯尔文问题的位移解,推导了用于深基坑支护中的预应力锚杆锚固段剪应力与轴力的分布规律。对岩体与土体两种不同介质条件下预应力锚杆的受力分析表明,不同岩土体介质条件下,预应力锚杆破坏方式不同,要以最薄弱环节作为锚杆设计控制标准;锚杆剪应力沿锚固段呈对数螺旋曲线型分布,最大剪应力往往发生靠近锚固段初始位置处;锚杆轴力沿锚固段逐渐衰减,单纯通过提高锚固段长度来增加锚杆的极限拉拔力有一定的限度。通过对一工程实例的理论与试验对比分析,其弹性范围内的理论解与试验数据基本相吻合,从而为预应力锚杆的设计提供了理论依据。

全长黏结GFRP抗浮锚杆荷载分布函数模型研究

基于荷载传递法理论与Kelvin问题的位移解,进一步推导全长黏结GFRP(glass fiber reinforced plastics)抗浮锚杆在轴向拉拔荷载作用下轴力沿锚固深度的分布函数。为验证该理论应用于GFRP抗浮锚杆的合理性,借助植入式光纤光栅传感技术,对2根同型号GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验。研究结果表明:根据荷载传递法与Kelvin位移解得到锚杆轴力与剪应力分布函数曲线形式与试验结果相近,说明该理论合理;孔口锚固体的开裂导致锚杆轴力及剪应力分布曲线试验值主要分布范围比理论值的更大;由于试验过程中岩土体位移较小,锚杆的剪应力分布曲线形式较理论值呈现"矮胖"的特点。此外,对锚杆轴力、剪应力理论分布函数曲线进行修正后的结果与试验结果吻合度显著提高。

岩石锚固段轴向拔力与锚端斜拉力的换算方法

针对岩体锚固中,当母岩锚拔力与锚端斜拉力不一致,存在一定夹角时,当前尚无母岩锚拔力与锚端斜拉力的换算方法。为解决母岩锚拔力与锚端斜拉力之间的换算关系,根据力平衡原理和采用三角函数等数学推导,结合试验检测的方法,推导出不同角度时的母岩锚拔力与锚端斜拉力的换算式。说明可换算母岩锚拔力与不同角度时的锚端斜拉力。

短锚固条件下钢筋混凝土动态粘结性能试验研究

为探究钢筋混凝土的动态粘结性能,综合分析加载速率和混凝土强度对短锚固试件破坏形态、粘结强度及加载端滑移量的影响,开展18个约束良好试件在不同加载速率下的轴心拔出试验,描绘出钢筋加载端的荷载-滑移量关系曲线,并根据沿钢筋埋置长度分布的应变计算得出主筋弹性阶段的粘结应力。研究结果显示:良好约束试件破坏形态与加载速率无关,混凝土强度的提高会使构件趋于断裂破坏;高加载速率和高混凝土强度有助于增大试件的粘结强度,使粘结应力的分布集中在加载端。结论表明,在高加载速率或高混凝土强度条件下,传统短锚固钢筋粘结应力的均匀分布假设并不适用。

不同锚固长度下锚杆拉拔特性研究

针对软弱围岩、树脂锚固、矿用锚杆支护体系,采用多功能锚杆拉拔测试系统,研究揭示了不同锚固长度下煤矿锚杆拉拔力学特性。结果表明:锚杆拉拔荷载-端头位移发展过程分为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏失效阶段;随着锚固长度增加,锚固失效方式由锚固界面滑移脱黏失效转化为锚杆破断失效,且锚固长度越大,锚杆抗拔力越大,但存在临界锚固长度;锚杆轴向应力则经历了急增阶段、稳定阶段、回升阶段和溢出阶段;锚杆轴向应力沿杆体长度方向呈负指数分布,且由锚固近端向锚固远端逐渐减小,应当提高杆体局部强度与其应力数值的匹配性,以避免局部锚固失效而造成整根锚杆失效。

弹性拉拔中锚杆轴力和剪力分布力学计算

通过构建平面和三维力学模型,推导了弹性状态下沿杆长方向轴力和黏结剪应力的分布函数,提出了锚杆剪应力衰减系数的概念,并给出了力学算式;对比分析了围岩为砂岩和煤体时,水泥锚固和树脂锚固两种情况下,锚杆轴力和剪力的衰减特征.结果表明:软岩锚固中轴力和剪力为全长分布型,硬岩0.8～1.0m左右即衰减为拉拔力的5%,黏结剪应力的主要作用范围为0～0.5m,在0.4～0.5m处衰减为0.06MPa左右.

钢筋与LUHPC锚固长度计算方法

针对现有钢筋与混凝土的锚固长度计算方法不适用于钢筋与轻质超高性能混凝土(LUHPC)的问题,进行了135个钢筋与LUHPC试件的中心拉拔试验.分析了黏结长度、钢纤维体积掺量(体积质量)和钢筋直径对钢筋与LUHPC极限黏结应力的影响规律,结果表明:当钢纤维体积掺量为1.5%时,临界锚固长度为4.1d(d为钢筋直径);当钢纤维体积掺量为2.0%时,临界锚固长度为3.8d;当钢纤维体积掺量为2.5%时,临界锚固长度为3.5d.基于试验数据评估了现有临界长度计算方法的准确性,建立了钢筋与LUHPC临界锚固长度的计算公式,并用试验数据证明了提出方法的准确性.

砂土中抗拔斜桩模型试验研究

通过模型试验研究了竖向上拔荷载作用下长径比为30时斜桩的承载变形和荷载传递性状,并与同条件直桩的性状进行了比较。结果表明,在相等桩顶竖向上拔荷载作用下,斜桩竖向上拔量大于直桩竖向上拔量;斜桩桩顶竖向上拔量随桩身倾角的增大而增加。在桩顶竖向上拔荷载作用下,抗拔直桩与抗拔斜桩桩身轴力上拔量分布具有一定的相似性。斜桩桩身弯矩主要分布在1/2桩长范围内,且随着桩身倾角的增大而增大;而最大弯矩所处的深度与桩身倾角无关。抗拔直桩与抗拔斜桩的平均侧摩阻力都是从上部开始发挥并往下传递;随着上拔荷载的增加,桩身上部平均侧摩阻力的数值变化很小,而桩身中下部平均侧摩阻力迅速增长。抗拔直桩与抗拔斜桩端部平均侧摩阻力都表现出弱化现象。