大跨度后张拉缓粘结预应力结构施工质量控制

缓粘结预应力技术是有粘结、无粘结施工技术发展到一定阶段的创新,其施工工艺简单,质量容易控制,节点布置灵活,耐久性能优异,工程经济性强。但预应力专业施工单位一般规模不大,施工水平参差不齐,施工质量不易控制,因此,施工质量控制是缓粘结预应力施工的重点。

高黏结刚度锚索在层状富水软岩大变形巷道中的应用

为解决层状富水软岩巷道大变形难控制的问题,首先,通过调查明确了110207工作面运输巷变形破坏的主要特征之一是离层与膨胀变形,其主要原因是锚索黏结刚度偏低导致锚索锚固力不足而无法施加足够的预紧力。其次,利用FLAC 3D仿真软件建立层状软岩顶板模型,分析了不同黏结刚度下锚索控制离层与变形的效果,研究表明,锚索黏结刚度可以控制锚索锚固力,提高锚索黏结刚度,可以对锚索施加更高的预紧力,进而有效控制围岩离层与膨胀变形;并给出了提高锚索黏结刚度的有效途径,净化钻孔环境、改善锚固剂自身特性以及提高锚索的粗糙程度。最后,针对110207切眼给出了全断面高黏结刚度预应力锚注支护设计方案,该方案实施后,切眼围岩最大底鼓量为168 mm,顶板下沉量为55 mm,左帮内挤量68 mm,右帮内挤量78 mm,后期平均变形量小于1 mm/d,切眼围岩变形保持稳定,满足了支架的安装需求与矿井的正常生产。

黏结刚度对预应力锚杆支护效用的数值分析

为明确黏结刚度对层状顶板锚杆支护效用的影响,首先介绍了黏结刚度的概念及在FLAC3D中的实现方式,然后利用FLAC3D的interface单元建立了层状顶板巷道模型,综合pile和liner结构单元构建了仿真锚杆模型,并实现了预紧力施加功能,在原岩应力条件下分析了不同黏结刚度对层状顶板的支护效用。研究结果表明:在其他参数一定的条件下,黏结刚度控制锚杆的增阻特性,随黏结刚度增大,增阻特性由缓转急;锚杆支护可显著控制层状顶板离层,黏结刚度越大,控制效果越好;锚杆支护应力场可显著改善巷道围岩的应力状态,减小乃至消除拉应力分布,黏结刚度越大改善效果越明显;锚杆杆体受层理层间滑动影响会发生弯曲变形,但随黏结刚度增大,变形程度得到缓解。鉴于黏结刚度的重要性,提出了提高锚杆黏结刚度的技术途径:优化杆体外表形状、改善围岩接触条件、增强锚固剂黏结性能及提高锚固剂安装质量。

光纤布拉格光栅传感器应变传递耦合机理分析

建立了半平面体与光纤布拉格光栅传感器双向耦合的应变传递理论,得到表面粘贴式光纤布拉格光栅传感器测量应变与半平面体应变之间的关系.将理论解、有限元解和实验数据进行对比以验证该理论的正确性,并分析了应变传递率与半平面体弹性模量、半粘结长度的关系.结果表明:理论解与实验值非常接近,误差在4%以内,应变传递率随着半平面体弹性模量的增大、半粘结长度的增长而逐渐增大,对光纤布拉格光栅传感器的设计和应用具有一定的参考价值.

预应力锚杆内锚固段长度效应研究

为研究预应力锚杆内锚固段长度对杆体轴力及围岩支护效果的影响,将锚杆内锚固段长度与杆体总长度之比定义为内锚固段长度系数,根据锚固界面剪应力计算公式,推导锚杆轴力与杆体伸长量的关系式。在分析内锚固段长度系数对杆体轴力影响规律的基础上认为,在锚杆杆体总长度一定的情况下,减小内锚固段长度,可有效控制杆体轴力的增大。基于预应力锚杆加固围岩的组合拱理论,利用FLAC3D数值模拟技术,分析内锚固段长度对锚杆的预应力场及围岩支护效果的影响,结果表明:内锚固段长度的降低,有利于扩大锚杆的预应力场影响范围、提高围岩有效承载圈厚度、减少围岩塑性区深度和变形量。最后,讨论了通过改变锚固长度协调支护刚度的工程意义。

全长粘结式预应力锚索加固基坑仿真试验研究

采用数值仿真试验的方法,对全长粘结式预应力锚索加固基坑的机理从单锚和群锚两个层面进行了研究,研究结果和已有成果相比表明结果较为可靠,从而说明模拟方法比较合理。最后给出使用数值方法的一点体会。

东海大桥预应力混凝土桥墩抗震性能分析

建立了可以在循环荷载作用下考虑有、无粘结预应力筋影响的纤维模型分析方法并进行了验证.采用该方法建立了东海大桥引桥桥墩的分析模型.发现东海大桥引桥桥墩中采用的有粘结预应力筋对初始侧向抗弯刚度有影响,对侧向承载能力几乎没有影响,并且该种类型桥墩残余位移较大.为了改善桥墩震后残余位移,针对桥墩特点比较了几种预应力筋布置方式,证明在箱形墩的截面中心布置无粘结预应力钢铰线既可以满足正常使用阶段性能,又能提高桥墩的抗震性能.但是预应力的施加水平、预应力筋含量等关键参数的取值,需要进一步研究确定.

应力波在预应力锚杆内传播特性分析与工程应用

针对煤矿锚杆支护的特点,首先从理论上研究应力波在托板处、锚固开始位置、锚固结束位置的反射和透射规律;然后模拟纵波在全长锚固锚杆内传播速度与树脂-围岩粘结刚度之间的关系;最后在锚杆支护实验室进行了预应力锚杆支护实测对比试验。研究结果表明,应力波反射法不仅可以检测锚杆的锚固位置和锚固长度,而且能由锚固体波速间接检测锚杆的锚固力大小。

缓粘结预应力钢筋摩擦系数试验

为了探明张拉时缓粘结剂固化程度对预应力钢筋摩擦损失的影响规律,制作6根预应力梁,每根梁直线布置3根缓粘结预应力钢筋,进行张拉试验.按照缓粘结剂的固化程度,对预应力钢筋分批进行张拉,并测得钢筋应力的摩擦损失.结果表明,在缓粘结剂固化程度相同的条件下,随着张拉力的增加,缓粘结剂的粘结作用失效,钢筋应力的摩擦损失逐渐变小;预应力钢筋达到控制应力时,随着缓粘结剂硬度的增加,粘结作用增强,摩擦损失增大;当缓粘结剂邵氏硬度达到80以上时,摩擦系数k达到了0.538 m^(-1).

无黏结预应力环锚衬砌力学特性原位加载试验研究

新型无黏结环锚衬砌具备预应力损失低、薄弱区小、施工便捷等优势,但因结构复杂致使力学特性不明确,阻碍了其广泛应用。依托引松工程总干线压力隧洞,开展了首次预应力环锚衬砌大型原位加载试验,明确了内水压加载过程中衬砌预应力重分布特征,揭示了环锚拉力、钢筋应力以及锚固应力损失变化规律,并探讨了围岩和环锚衬砌联合承载作用。原位试验表明:环锚衬砌整体预应力分布均匀,高效地利用了锚索高强抗拉性和混凝土抗压性,常规钢筋作用极小,因而整体可不配筋或仅构造配筋;锚具槽背后混凝土预应力稍薄弱,是高内水压作用下结构潜在破坏区域,但内水加载过程中衬砌环向、纵向预应力值趋于一致,将有效减缓预应力薄弱部位开裂倾向;环锚衬砌具备优越的抗拉和抗渗性能,可不依赖于围岩条件而独立承载,也可利用围岩部分承载以降低预应力设计值或增加结构安全裕度,它能为覆盖层薄、地质条件差且内水压力高的大直径压力隧洞长期存在的支护难问题,提供解决新途径。

配置HRB500级非预应力筋的无粘结部分预应力梁应力增量试验

对5片配置不同强度等级非预应力筋的无粘结部分预应力混凝土试验梁进行了加载试验,研究了该结构正常使用阶段和承载能力极限状态下,非预应力筋的强度等级以及高强非预应力筋配筋率对预应力筋应力增量的影响,并根据各国规范对试验梁极限应力增量的计算值与实测值进行了对比分析。研究结果表明:非预应力筋的强度等级差别及配筋率在弹性工作阶段对预应力筋的应力增量影响很小,但在混凝土开裂后至破坏阶段影响显著。各国规范极限应力增量计算值和实测值相比,我国现行规范计算结果更为安全合理。

抗拔(浮)桩的发展历程和研究方向

综述了由最初的普通钢筋混凝土抗拔(浮)桩发展到预应力抗拔(浮)桩的历程;总结了对于抗拔桩性能研究的3种方法:现场试验、模型试验和理论分析法。在此基础上为了降低成本,方便施工,环保高效,提出了一种新型的预应力抗拔(浮)桩,即部分粘接预应力抗拔(浮)桩,这将是预应力抗拔(浮)桩一个有意义的发展方向。

不同断面形状的无粘结环锚衬砌应力状态分析

无粘结环锚预应力混凝土衬砌是有压水工隧洞采用的一种新型衬砌型式,其受力状态较为复杂。水工隧洞的开挖施工常采用钻爆法,这种施工方法易使隧洞断面形状出现非圆形,断面形状的复杂变化会使环锚衬砌受力变得更为复杂,对结构设计带来挑战。针对吉林省中部城市引松供水工程环锚工程隧洞开挖后出现的大量马蹄形断面,采用FLAC3D软件对不同断面形状的环锚衬砌进行三维建模分析,对比分析了马蹄形预应力衬砌和圆形预应力衬砌在施工期以及运行期的结构受力状态。计算结果表明两种断面形式的预应力衬砌在张拉期和运行期衬砌结构均处于安全应力状态,圆形衬砌整体受力更均匀,而马蹄形衬砌可改善锚具槽部位的受力,研究成果可为吉林引松工程环锚衬砌后续施工及今后类似工程提供重要参考。

预应力热处理对羟基磷灰石涂层相组成和结合强度的影响

设计不同角度的斜面工业纯钛柱,采用等离子法制备羟基磷灰石涂层,设计工装使涂层在预加相同正应力和不同切应力条件下进行热处理。利用电子拉伸实验机进行剪切结合强度测试,利用X射线衍射仪检测涂层的相组成与结晶度,探讨应力条件下热处理对涂层组成和涂层/基体结合强度的影响。研究表明:热处理中预加应力可以提高涂层的结晶度和涂层/基体的剪切结合强度。

长江三峡链子崖危岩体和黄腊石滑坡防治工程

本文重点论述了三峡库区危险性和危害性最大的链子崖危岩体与黄腊石滑坡的地质特征及其防治工程。针对它们的形成机制与诱发因素， 链子崖危岩体的防治， 主要采取底部煤层采空区的承重阻滑工程与其上危岩体的预应力锚固工程； 黄腊石滑坡的防治， 主要采取地表与地下排水工程。目前， 两处工程均已基本完成， 效益明显。

后张有粘结预应力大梁的检测试验

以黄石市某主楼采用后张有粘结预应力现浇砼梁为例,阐述了有粘结预应力砼梁的特点,并根据设计单位和建设单位要求,从屋面5根预应力钢筋砼梁中抽取2根作为测试对象,进行跨中反拱值、预应力钢索张拉时的摩擦损失、锚具变形量以及钢铰线内缩值检测试验,结果表明,该后张有粘结预应力砼梁的设计、施工是安全可靠的.

部分粘结预应力抗拔(浮)桩的优化设计

介绍了一种新型的抗拔(浮)桩——部分粘结预应力抗拔(浮)桩。该新型桩有效改善了抗拔桩的桩身结构,能充分发挥抗拔桩的承载力,改变了混凝土受拉时的受力性状,克服了普通抗拔桩容易产生裂缝的弊病。结合有关地下结构浮力方面的研究成果及现场实际的部分粘结预应力抗拔桩荷载试验结果,对抗拔(浮)桩进行了优化设计。

煤矿巷道树脂锚固体力学行为及锚杆杆体承载特性研究

目前锚杆(索)支护技术是我国地下煤矿开采中普遍采用的一种主动控制巷道围岩稳定的支护技术。但由于锚杆支护加固对象的复杂性,至今锚杆支护原理还没有一个统一全面的认识,对于复杂条件下锚杆的锚固机理、与围岩相互作用关系、应力分布规律及锚杆杆体承载特性等问题需要更深入的研究。论文采用理论分析、数值模拟、现场实测、实验室试验和工程实践相结合的综合研究手段,围绕树脂锚固体力学行为及锚杆杆体承载特性展开研究。论文研究的主要工作如下:(1)总结分析了树脂锚固体4类主要失效类型,着重分析了黏结失效类型中树脂锚固体空洞锚固失效和长时蠕变失效的两种形式。建立了空洞树脂锚固体拉拔状态下的力学模型,推导并求出了空洞树脂锚固体拉拔状态下沿锚固方向上杆体内拉应力分布的理论公式;同时建立了考虑锚固层黏弹特性树脂锚固体拉拔状态下的长时蠕变力学模型,推导并求出了与时间有关的杆体拉应力和锚固层-杆体界面剪应力分布公式,并求解了恒力长时作用下的树脂锚固体杆体外端点位移的近似公式,同时得到了锚固体产生破坏的极限拉拔力。(2)通过实验室力学试验,获得了围岩、锚杆等力学参数。基于ABAQUS数值模拟软件,验证了两种锚固体理论力学模型,研究了两种模型中杆体应力沿锚固方向上的分布规律,揭示了拉拔过程中锚固体内应力和位移的演化过程;着重阐述了长时蠕变模型杆体应力传递的3个阶段,分析了杆体的极限抗拉拔力与时间的关系。同时,分析了锚杆直径、锚固层厚度、钻孔直径、围岩强度等参数对树脂锚固体杆体拉拔状态下的力学特性影响。(3)采用预拉力锚固系统锚固作用综合实验台,研究了不同预拉力下锚杆杆体应力和弯矩的分布特征及其变化速率;通过测力锚杆井下拉拔试验,揭示了预拉力与锚杆杆体外端点位移的相互关系及不同预拉力下锚杆杆体轴力分布及承载特征,同时基于测得的锚杆杆体应力分布曲线,借助第三章研究结果,准确推测了巷道顶板的完整性;初步判定预拉力锚杆实际工作状态下杆体承载受力主要集中在外锚固段中性点附近,对限制巷道围岩变形起主要作用的是中性点附近杆体-锚固层-围岩3者之间的黏结关系,同时杆体内弯矩的存在说明杆体截面处于非均匀受力状。(4)在分析现有煤矿巷道围岩监测手段的不足和光纤光栅传感技术优越性的基础上,初步提出并建立了一套基于现代光纤传感技术的煤矿巷道围岩动态实时在线监测系统;并采用该系统对煤矿巷道锚杆杆体受力及演化进行了实测,监测结果表明树脂锚杆的杆体应力分布呈非均匀分布且波动变化,杆体内存在大量弯矩。(5)最后基于理论研究结果提出了确保锚杆支护效果的几个基本原则,并应用于淮南矿区顾桥矿1115(1)工作面轨道巷及朱集煤矿1111(1)工作面轨道巷的工程实践,应用结果表明遵循该原则采用的预拉力高强锚杆强化支护技术可以充分调动围岩的自稳能力优化围岩的力学参数,有效控制巷道围岩变形,满足矿井安全生产要求;同时采用煤矿巷道围岩动态实时在线监测系统成功揭示了1111(1)工作面轨道沿空留巷期间的矿压显现规律,并与传统矿压观测结果进行了对比,两者基本一致,初步显示了该系统的可靠性和应用前景。

高温后全轻页岩陶粒混凝土与钢筋的拉拔试验研究

钢筋与混凝土的高温粘结性能是结构抗火设计和灾后评价的依据。通过全轻页岩陶粒混凝土(ALWSCC)与335级Φ16 mm月牙肋钢筋(CRB)和光圆钢筋(PSB)分别经历20℃(常温)、300℃、400℃、500℃后的拉拔试验,分析了高温导致粘结性能劣化的特征参数,并与普通混凝土(NWC)和再生混凝土(RAC)进行了比较。结果表明:高温不仅造成混凝土色泽变化、表面疏松、缺棱掉角现象及沿CRB顺筋裂纹(宽度分别为0.03~0.1 mm、0.1~0.18 mm和0.18~0.22 mm),而且破坏形式从拔出破坏到劈裂破坏和劈裂-拔出破坏;τ-S曲线整体下降、峰值粘结应力残余强度(ατ0)降低、峰值滑移系数(βS0)增大和峰前耗能减小;但月牙肋对拉拔荷载的贡献率却均在85%左右;以ατ0和βS0作为评判指标,上述三种混凝土中ALWSCC具有更好的抗火性能;以抗压和劈拉残余强度及上述粘结性能指标作为判断条件,可将500℃作为临界温度以指导试验设计和火灾评价。

非均质地层中压力集中型预应力锚索受力分析研究

实际锚固工程中锚固体往往处于非均质地层中,通过将锚固体处理为一系列与地层条件相匹配的锚固子单元,建立了各锚固子单元的受力分析模型,利用各锚固子单元之间的相互作用关系建立了非均质地层中压力集中型预应力锚索锚固体受力分析方法,编写了相应的计算分析程序,并进一步通过算例证明了本文所提出的计算方法和程序的正确性。最后,通过对一压力集中型预应力锚索的受力分析成果与现场测试结果的对比,表明本文提出的分析方法和程序是可行的。