简介:关于本文可作为相关专业锚固灌浆论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文锚固灌浆论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
肖俊 李炳奇 汪小刚
（中国水利水电科学研究院 北京 100038）
摘 要：预应力锚索加固是边坡加固工程主要手段之一,锚索自由段的处理方式直接关系到锚索加固的效果.本文给出了锚索自由段几种不同处理方式的模型,通过弹塑性有限元法对锚索加固效果进行计算分析.计算结果表明,锚索自由段采用灌浆填充后会直接影响其张拉力的传递,从而影响锚索加固效果；而自由段不进行灌浆充填将最能达到期望的锚固效果.
关键词：预应力锚索 自由段 灌浆填充 加固效果
中图分类号: U445 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013) 06(a)-0000-00
Effect of Prestressed Anchor Cable Grouting in Free Segment on Anchorage Stress
XIAO Jun,LI Bingqi,WANG Xiaogang
（Chian Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing,100038）
Abstract:The prestressed anchor cable is extensively applied in structure of foundation pit support, which mainly make use of anchor-hold in layer of soil in order to maintain the stability of structure. Free-segment of anchor cable has a directly effect on anchoring effect. The paper gives several models of anchor cable with different free-segment, through FEM elastic-plastic analysis, the influence of different free-segment is investigated. Calculation results show that the anchor free-segment grouting will directly affect the tran论文范文ission of tension and influenced the anchorage effect, whereas the expected anchorage effect can be obtained if no grouting is performed.
Keywords: Prestressed ancho cable Free-segment Grouting Reinforcement effect
1.前言
预应力锚索作为一种永久结构在边坡加固工程中已有多年应用【1】,随着工程技术的不断发展,我们需要通过实际工程的应用不断开发出更为先进的相关技术,对已建好的预应力锚索也需要进行必要的维护和修理.
已完成的预应力锚索如果发生张拉力松弛,一般情况下会选择再次补偿张拉处理,然而当初施工时,出于保护锚索防止其锈蚀以及保护孔壁的需求对锚索自由段进行了灌浆填充,这有可能会阻碍补偿张拉时张力的传递.
设备基础锚固灌浆:红叶牌锚固灌浆机 水泥灌浆机 接缝灌浆机
本论文范文过弹塑性有限元法[2]进行数值模拟实验,研究灌浆填充对锚索的张拉以及对锚孔壁摩擦力产生的影响.
2.预应力锚索锚固系统
预应力锚索锚固系统一般由内锚固体、锚索自由段、外锚固体组成,通过钻孔穿过软弱岩层或滑动面,把锚索的一端通过锚固段的灌浆锚固在坚硬的岩层中形成内锚固体,然后在另一个自由端进行张拉,并通过外锚固体进行固定,从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固【3、4】.介于内外锚固体之间的部分即为锚索自由段.
一般情况下,为了防止锚索自由段腐蚀,以及抑制锚孔壁周围地基的松动,在进行锚索张拉固定后,需要对自由段进行灌浆填充处理.因灌浆形成的柱状灌浆部分（以下称自由段灌浆柱）对锚索初次张拉阶段的张力不会产生影响.但是再度张拉时,自由段灌浆柱的存在会阻碍锚索张拉时的张力向锚固体传输,形成自由段灌浆柱的后张预应力.考虑到施工的便利性,有时候也会在进行张拉固定前就对锚索自由段进行灌浆充填.这种情况下,初期张力的传输也可能受到自由段灌浆柱的影响而发生改变【5】.
本文提出了三种简单锚固系统模型,应用弹塑性有限元法研究混凝土自由段灌浆柱对锚索张拉力及孔壁摩擦力产生的影响.
3.计算模型及分析方法
为了研究自由段充填灌浆对锚索张力产生的影响,我们假定一个均质的地基,整个地基垂直、水平方向均剖分25个单元,形成如图2所示轴对称计算模型.整个模型节点数为4628个,网格数为625个,采用20节点的等参单元.
计算模型由4种材料组成,①土（硬粘土）；②锚索自由段；③锚索锚固段；④接触面（①和③的边界处）.各种材料的宽度和高度都以d为单位.锚索自由段长度设定为10d,锚固体长度设定为5d.自由段有无灌浆填充则通过改变自由段材料参数来表现,无灌浆填充模型为case-1,自由段全部灌浆填充模型为case-3,自由段灌浆填充介于两者之间的模型为case-2（如图3）,无灌浆填充的自由段（case-1）假设为空洞【6】.材料参数如下表1所示.
地基与锚固体底面接触处的拉伸力薄弱,该处地基对锚索拉伸影响非常小,一般情况下作为无张力材质处理,本次计算将之设定为空洞单元.
边界条件设定,在侧面水平方向、底面水平方向以及垂直方向进行位移约束,也可以假设在锚固体顶部存在一块半径为3d的坚硬的受压板限制垂直方向的位移.此外,为了表现锚索的张力,可赋予锚固体单元最下端部垂直向上一个强制位移10mm,即1000step（Δu等于0.01mm/step）.
另外,在本模型中不考虑预应力筋的物理特性.
4.数值分析结果
4.1 变形分布
图5表示的是在最终迭代步,三种模型上的应变分布.（为了使结果表现得更为明确,现将每个单元分割成两个单元,即图5中每一单元格宽0.5d）
（1） 锚固体周边的应变分布状况
由计算可知,case1、case 2、case 3锚固体周围的土体单元都发生了应变.锚固体侧面垂直方向是应变集中区,这是因为锚固体拉伸时周围的土体单元产生剪切应变形成剪切应力及摩擦力.锚固体底面水平方向发生的明显应变是由于锚固段移动产生的拉伸应变引起的.
（2）锚索自由段周边的应变分布情况
可以看出在case2以及case3中,自由段及其周边土体单元都有较大的应变.case3中,应变严重区域出现在自由段中间附近,从这个部位开始上下斜向存在两道应变带.自由段中间附近的应变带表示自由段灌浆柱由于受到锚固力的压迫而产生变形,而这种变形影响了自由段,使得这部分成为位移最集中区域.而且自由段灌浆柱到其周围各面的土体单元上都出现了X状的对称开裂.这个现象与柱状岩石单轴试验时,岩石在单轴压缩应力下会出现开裂加重现象是一致的.因此,case3中自由段灌浆柱表现出预应力加压状态.
在case2中,自由段灌浆柱的上部以及侧部有较大的应变.这个应变是由于锚索的位移而产生的土体单元的压缩应变及剪切应变,从侧面的剪切应变状态来看,即使在自由段灌浆柱的周围也明显产生摩擦力.斜上方出现的拉伸状剪切带表示应力一直持续朝着受压板端部扩散.另外,在case2中未能发现自由段灌浆柱的破坏现象.
在case1中,自由段以及周边的剪切带都不怎么明显.但是和其他情况相比,锚固体上端表现出较大应变.这是由于锚固体的位移造成的土体单元的压缩变形,延续到自由段的变形则是由于孔壁破坏而造成的挤压现象.
综上所述,我们可以得到以下结论：
①不管是哪种情况下,锚固体表面都会形成剪切带,这种剪切应该是由摩擦力作用而产生；
②在case3中,自由段灌浆柱有压缩破坏现象；
③case2的自由段灌浆柱表面有剪切带,可知自由段灌浆柱表面也存在摩擦力作用.
4.2锚固力随时间的变化
图6表现的是case1、case2、case3呈现出的锚固力随时间变化曲线,以及相应的塑性区域的分布图.
（塑性区域分布图只显示锚固体周边单元）
在塑性区域分布图中,颜色越深的部分表示塑性状态越强.
Case1、case 2、case 3中,图表的前半部分锚固体周围单元都出现了直线状的弹性位移,屈服点之后表现出的是塑性位移.屈服点锚固力（最大拉力）最大的是case3,接下来依次是case2,case1.但是,最能正确表示出锚固体和土之间的极限张力的是case1.通过跟case1的结果进行比较,可以看出在其他情况中锚力都有所损失.
Case3的屈服点轴力约为case1极限张力的7倍.这是缘于自由段灌浆柱首先出现塑性区,其张力已经被预应力所消耗.而且屈服点也表现的是自由段灌浆柱被破坏时的状态.从塑性图上可以看出自由段经过灌浆填充后会更快达到塑性状态.
在case2中,比case1极限张力稍大一点的轴力迎来了屈服点.根据前面的分析结果对比可知,这是由于自由段加上了灌浆填充后,自由段灌浆柱周围的摩擦抗力引起的.
5.总结
通过弹塑性有限元法数值模拟计算分析可以得知如下结论：
①如果锚索自由段采用灌浆填充注入且一直满溢到孔口（case3）,锚索张力会被已形成的自由段自由段灌浆柱的压缩力所消耗,从而有可能无法传达到地基处.
②实际工程中,即使自由段进行灌浆填充,受压板和自由段灌浆柱之间或多或少还是有间隙存在,即实际情况和case2更加相近.不过在这种情况下,摩擦力在超过滑移面的移动层内侧也存在,因此可认为得不到最有效的锚固效果.
③最有效发挥锚固效果的是case1,自由段通过灌浆充填会使张力产生的锚固力无效化或者效果减轻,所以自由段不进行灌浆充填将最能达到期望的锚固效果.
参考文献：
【1】李炳奇,夏新利.滑坡治理方法的现状及展望[C].//水工混凝土建筑物检测、评估与修补加固——第十届全国水工混凝土建筑物修补加固技术交流会论文集[C].北京:海洋出版社,2009,53-57.
【2】Li Bingqi. X-FEM Analysis of stress fields near a crack tip under compressive loads using the implicit return mapping algorithm in an elastic-plastic material. Applied mechanics, vol.8,2005
【3】程良奎,范景伦,韩军,等.岩土锚固[M].北京:中国建筑工业出版社,2002
【4】张乐文,汪稔.岩土锚固理论研究之现状[J].岩土力学,2002,23(5):627－631．
【5】刘晓明,张亮亮.考虑自由段受荷的锚杆变形和承载特性研究[J].湖南大学学报（自然科学版）,2012,39（6）:7-12
【6】高俊合,于海学,赵维炳.土与混凝土接触面特性的大型单剪试验研究及数值模拟[J].土木工程学报,2000,33(4): 42－46.
总结：该文是关于锚固灌浆论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
设备基础锚固灌浆引用文献:
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