锚筋拱座联合受力分析

检修放空工况时对应的最不利荷载组合为结构自重、锚固力和扬压力，此时的荷载主要由锚固钢筋与拱座联合承担，但是往往锚固钢筋在拱端力较小的时候就已经发生了屈服，使拱座并未起到较大的作用，并且在检修工况下，底板底部扬压力过高会导致底板整体失稳。因此，有必要研究锚固钢筋—拱座联合受力特点，确定较为合理的锚固钢筋方式。

不同的锚固钢筋方式会对消力塘结构的整体受力有较大影响。这里采用3.2.1.3节中所建立的有限元模型，对反拱消力塘无锚固钢筋、有自由段锚固钢筋（自由段长度为2～5m及不均匀分布情况）、无自由段锚固钢筋三种锚固方式以及锚固钢筋是否考虑黏结滑移两种情况在不同扬压力作用下的整体受力状态进行研究。图3.15～图3.20为计算结果。

图3.15　拱端推力

图3.16　锚固钢筋最大应力

图3.17　底板块最大位移

图3.18　拱座最大竖向位移(www.xing528.com)

注 图3.15～图3.18不均匀分布情况：由左向右板块的自由段分别长3m、4m、5m、4m、3m。

图3.19　拱座最大主应力

图3.20　拱座最小主应力

注 图3.19～图3.20不均匀分布情况：由左向右板块的自由段分别长3m、4m、5m、4m、3m。

（1）比较对锚固钢筋的不同模拟方法，考虑黏结滑移作用时的拱端推力比不考虑黏结滑移作用时的拱端推力增大约20%左右，而锚固钢筋应力则减小，锚固钢筋达到屈服时所需的荷载增大，这主要是由于锚筋与基岩之间采用弹簧单元连接，锚筋所受到的约束较之固结连接时所受到的约束有所减弱。

（2）锚固钢筋自由段长度的不同对水垫塘的受力产生较大影响，随着自由段长度的增大，锚固钢筋的应力减小，锚固钢筋对底板的约束减弱，故底板、拱座的位移均呈增大趋势，拱端推力也随之增大。自由段长度呈不均匀布置的拱端推力及锚固钢筋受力的计算结果处于自由段长3m与5m两种情况计算结果之间，一方面使拱端推力较之自由段长3m的情况不致增长过大，另一方面使锚固钢筋应力有所减小。

（3）在设计锚固水平（7.6t/m2）条件下，当扬压力为150k Pa时，锚固钢筋未屈服，拱端推力较小；当扬压力达180k Pa时，锚固钢筋不设自由段时，锚固钢筋接近屈服；当扬压力达210k Pa时，自由段小于4m时锚固钢筋已经屈服，自由段为5m时的锚固钢筋也已接近屈服，最大拱端推力为362 t/m，拱座最小抗滑安全系数为3.81。因而，在检修工况下需加强观测和排水，将扬压力控制在180k Pa以下，最好控制在150k Pa以下。锚固钢筋设置一定长度自由段钢筋时，有利于锚固钢筋和拱座联合受力，锚固钢筋自由段长度在3～5m之间为宜，可以考虑采用不均匀布置。在150k Pa扬压力作用下，拱端推力和拱座位移不大，底部拱座是稳定的。