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。

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。

破碎岩质边坡预应力锚固机制数值模拟研究

以金华—丽水—温州高速公路破碎岩质边坡预应力锚固工程为例,对破碎岩质边坡的预应力锚固机制开展系统的数值模拟分析。首先,依据现场实测预应力锚索张拉吨位与岩体变形的关系曲线,通过数值反分析,确定边坡岩体的力学参数,建立岩体力学计算分析模型。结合现场监测数据和室内试验研究成果,重点分析锚索预应力的扩散方式,探讨岩体质量、锚索张拉吨位以及外锚固结构对加固坡体应力和变形分布的影响规律,揭示预应力锚索体系的应力传递规律和坡体变形响应规律,从力学机制上揭示预应力锚索加固该类破碎岩质边坡的机制。

西江特大桥岩锚锚碇的承载特性研究

针对西江特大桥广州岸岩锚锚碇系统的承载稳定性问题,采用工程地质勘察、室内及现场原位岩石力学特性试验、钻孔摄像及声波测试等手段,获取承载边坡的岩体地质力学特性,并建立边坡地质力学模型,同时进行现场拉锚试验验证预应力锚索设计的可靠性。采用三维数值模拟方法研究锚碇系统在施加预应力和承担外荷载两种情况下,边坡岩体的稳定性和锚碇群锚中不同位置的预应力锚索锚固力的分布特征。研究表明,在桥梁施工荷载的拉拔作用下,广州岸锚碇边坡整体稳定,坡表变形为毫米级;锚索锚固力呈不均匀分布形态,主要集中在锚固段前2 m范围内,最大值出现在锚固段端头;锚碇群锚的锚固力应力集中程度由大到小依次是角锚、边锚、中间锚。超载试验表明,整个锚碇系统的极限抗拔力不小于8倍设计荷载。锚索现场监测数值显示,锚碇承载期间锚索索力基本稳定,中间锚的索力小于角锚。研究方法及成果可供类似的桥梁及抗倾拔工程中的岩锚锚碇设计及安全评价借鉴。

预应力锚索支护边坡地震作用下动力响应研究

利用FLAC3D软件建立一个预应力锚索支护边坡模型,研究地震作用下边坡动力响应。结果表明:锚索预应力在地震开始时刻的瞬时损失百分比对锚索竖向位置敏感性高,而对波型、峰值加速度大小敏感性不明显。通过对比预应力锚索支护边坡震后水平位移与没支护情况水平位移的比值大小,分析预应力锚索在各种地震波作用下的支护效果。结果表明:震动波形、峰值加速度大小、初始张拉预应力大小、锚索间距都对支护效果影响很大。研究结果为预应力锚索支护的抗震优化设计提供参考。

斜拉桥塔索锚固区空间应力分析

结合恩施市施州大桥的设计,运用大型通用分析软件ANSYS,采用空间有限元的方法,分2种工况,对其空心预应力混凝土桥塔塔索锚固区进行了空间应力分析,并且比较了传统U形布束方式和井字方式的优缺点。分析结果表明:通过合理布置预应力粗钢筋,可以抵抗斜拉索水平力产生的不利影响,满足结构的使用要求;斜索锚固区段采用箱形截面的桥塔,索力的水平分量在没有斜索锚固的箱体部分内引起较大的顺桥向拉应力,在斜索直接锚固的箱体部分,引起靠外壁部分、横桥向较大的拉应力;顺桥向预应力筋应布置在没有斜索锚固的箱体内,横桥向预应力筋则重点布置在斜索直接锚固的箱体靠外侧部分;塔索锚固区的受力以正应力为主,只要控制塔索锚固区正应力分布,塔索锚固区的受力就可得到有效控制。

斜拉桥单向预应力体系索塔锚固区足尺模型试验研究

为研究布置单向预应力的混凝土索塔锚固区的传力机理,明确该类新型索塔锚固区的实际受力状况,以广中江高速公路西江水道桥为工程背景,进行了索塔节段足尺模型试验和有限元数值分析,试验中特制了与实桥一致的平行钢丝索短索,并设计了斜向加载反力梁,以模拟斜拉索的大吨位斜向荷载;试验过程中观测结构的应力、变形以及裂缝发展.研究结果表明:理论分析与试验结果吻合较好,结构在1.2倍设计荷载下仍处在弹性受力状态,主要受力部位未发现裂缝;推算抗裂安全系数为2.04,布置在顺桥向塔壁的单向预应力能够提供足够的压应力储备.

基坑预应力锚索初始张拉锁定值取值规律探讨

针对基坑工程中预应力锚索的特点,采用理论推导、算例计算、数值模拟及实例分析的方法,对拉力型、压力型、荷载分散型锚索及锚拉桩上多排预应力锚索的锁定值取值规律进行了探讨。结果表明:由于锚头刚度的差异,拉力型锚索的锁定值宜取规范规定范围的小值,而压力型锚索宜取相应的大值;荷载分散型锚索应分组张拉锁定,各分组钢绞线的锁定值与锚索自由段长度、分散间距及锚头位移有关,且离孔口距离越远,分段承载体锚索锁定值越大;锚拉桩上的多排预应力锚索应考虑锚索的张拉顺序采取不同的锁定值,基于各排锚索张拉锁定后产生的真实锚头位移的差异,上排锚索宜取较小的锁定值,下排锚索宜取较大的锁定值。相关规律可为基坑锚索的张拉锁定施工提供有益的参考。

预应力锚索锚固段界面滑移的细观力学分析

在预应力锚索锚固段界面力学特性试验的基础上,研究锚固体界面在荷载作用下的变形规律及失效条件。试验结果表明,锚固力的大小与锚固长度有关,但不是成比例关系;当锚固长度达一定值时,再进一步增加锚固长度,锚固力的增大是非常有限的;在保证砂浆具有一定强度的条件下,含砂量越高的锚固体,其锚固力越大。从细观层面上对预应力锚索锚固段从弹性变形到塑性滑移以至脱黏失效的过程进行研究,结果表明,锚固体界面层是具有一定厚度并具有特殊力学性质的材料,其力学性质不仅与岩土体的性质有关,而且与灌浆体的材料组构密切相关;降低灌浆材料的水灰比,加入减水剂和其他外加剂对提高界面层的强度性能有着重要的意义;可将锚固体界面上的变形分为弹性变形、塑性滑移变形和脱黏变形3个阶段。由于锚固体界面层的剪胀效应,在滑移段中,越靠近荷载的近端,锚固体所受的剪应力越大;在整个锚固体中,主要的受力部分是塑性滑移区,而弹性区和脱黏区的受力都较小。

预应力锚索锚固段的应力分布规律及分析

锚杆的锚固形式可以分为表面锚固型和内部锚固型两种。根据 Kelvin 问题的位移解,导出了内部锚固型锚固段的剪应力和轴力分布规律,经比较发现,其与已有表面锚固型锚固段的剪应力和轴力具有相同的分布形式,只不过参数不同,说明这两种锚固类型的受力特征是一致的。在此基础上讨论了拉力分散型锚杆锚固段的应力分布及其受力特征,并指出了其优缺点及其适应条件。