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水工程结构缺陷加固技术—预应力锚索机理

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:压力分散型锚索所产生的拉应力值只有拉力集中型的一半,这一特性正说明了压力分散型锚索更适用于软岩的加固。在浆体强度和锚固段长度等其他条件相同的情况下,压力分散型锚索可以提供更大的锚固力。压力分散型锚索作用机理可概述为以下两点。决定压力分散型锚索承载能力的另一个基本因素是锚固浆体与周围岩土体之间的粘结摩擦阻力,其大小与其分布密切相关。

水工程结构缺陷加固技术—预应力锚索机理

我国学者金永军博士等利用有限差分对压力分散型应力锚索的锚固机理做了研究[1],结果表明:

(1)和拉力集中型锚索相比,压力分散型锚索锚固段浆体轴力峰值仅为拉力集中型的1/n(n为承载体的数量),且为受压状态,所以浆体的受力状态要优于拉力集中型。

(2)和拉力集中型锚索相比,压力分散型锚索锚固浆体—岩体界面上的剪力峰值小于拉力集中型锚索,而且剪力峰值与剪力均值差别很小,并较均匀地分布于整个锚固长度上,可以充分发挥整个锚固段浆体的抗剪作用。

(3)压力分散型和拉力集中型锚索在周围岩体中产生的水平应力分布规律,压应力区范围、数值,拉应力区范围都是相同的,只是拉应力值的不同。压力分散型锚索所产生的拉应力值只有拉力集中型的一半,这一特性正说明了压力分散型锚索更适用于软岩的加固。

(4)在浆体强度和锚固段长度等其他条件相同的情况下,压力分散型锚索可以提供更大的锚固力。

(5)增加承载体的数量是提高压力分散型锚索锚固力,改善其受力状态的有效途径。

目前,国内水工程和岩土工程用的压力分散型锚索的结构如图8.3所示,它是将无粘结钢绞线承载体弯曲成U形,并在不同长度的无粘结钢绞线末端套以承压板和挤压套,构成单元锚索。当锚索体被浆体固结后,以一定荷载张拉对应于承载体的钢绞线时,设在不同深度部位的数个承载体将压应力通过浆体传递给被加固体,这样对在内锚固段范围内的被加固体提供被分散的锚固力。

压力分散型锚索作用机理可概述为以下两点。

(1)通过锚索尾部的P形锚和按一定间隔布置的承压板将张拉荷载分散作用于锚固段中下部,使内锚固段注浆材料承受较均匀的轴向压力,在轴向压力作用下注浆材料径向膨胀,但该膨胀受到周围岩体的约束,所以在注浆材料与孔壁之间产生均匀的挤压咬合力。压力分散型锚索的锚固力不仅取决于内锚固段注浆材料与孔壁的粘结力,而且取决于两者之间的挤压咬合力。

(2)当锚索受拉时,锚索的拉力通过钢绞线传至不同位置的承载体上,每个承载体上钢绞线承受锚索拉力的1/n(n为承载体个数),而承载体所受的拉力以压力形式传递给锚固体,这就使锚索轴力和锚固体与周围岩土体粘结应力峰值降到较低程度并分散作用到整个锚固段长度上,显著改善了锚固体与周围岩土体粘结应力分布状态,充分调用了岩土体的抗剪强度和锚索单位长度上的承载能力,大大提高了锚索的承载能力。(www.xing528.com)

图8.3 压力分散型锚索结构示意图(单位:mm)

压力分散型锚索因其结构构造的特殊性,其承载力由下面3个基本条件控制:①钢绞线的抗拉强度;②锚固体的局部抗压承载力;③锚固浆体与周围岩土体之间的粘结摩擦阻力。第一个基本条件可人为控制。对第二个基本条件,它由锚固浆体的抗压强度、锚固浆体的断面积及承载体的截面积(锚固浆体的承压面积)3个参数确定。根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)中局部受压承载力计算公式,在不考虑周围岩土体径向压力对其承载力的影响时,锚固浆体的局部抗压承载力F1为(计算简图如图8.4所示)。

图8.4 锚固浆体局部受压承载力计算简图

式中 F1——局部受压面上作用的局部荷载设计值,MPa;

β——锚固浆体受压时的强度提高系数,无量纲

fc——浆体轴心抗压强度设计值,MPa;

Ab——锚固浆体的截面积,m2

A1——浆体局部受压面积,m2

决定压力分散型锚索承载能力的另一个基本因素是锚固浆体与周围岩土体之间的粘结摩擦阻力,其大小与其分布密切相关。

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