特大悬索桥现场隧道锚塞体自平衡法的承载特性研究

锚塞体作为悬索桥的4大部件之一,其安全性十分关键.为了检验超大吨位、边坡复杂等环境下的特大悬索桥隧道锚塞体的安全性,采用自平衡测试方法对1∶10的两个现场模型隧道锚塞体进行试验.结果 表明,在加载过程中,模型锚塞体及周围岩体无破坏迹象,两个模型锚塞体洞口位置出现轻微裂缝开展,荷载～位移曲线为缓变形;随加载时间的延长,锚塞体的位移呈增大的趋势,位移发生在加载15～45 min内,且每级荷载值加载下的位移值最大不超过5 mm;在各级荷载加载下右洞锚塞体的位移均高于左洞,部分位移高出5 mm;混凝土与岩体间的摩擦系数为0.77,黏聚力为369 kPa.计算得到两个模型锚塞体的安全系数分别为5.3(左洞)和5.2(右洞),均满足最新《公路悬索桥设计规范》规定的锚塞体抗拔安全系数和围岩稳定安全系数分别不应小于2.0和4.0的要求.     

特大悬索桥现场隧道锚塞体的自平衡法承载特性研究

为了检验超大吨位、边坡等复杂环境的特大悬索桥隧道锚塞体,自平衡测试方法被用于1∶10的现场2个模型隧道锚塞体试验。采用后推法测试技术对开州湖大桥进行试验测试,在模型锚塞体尾端位置安设千斤顶及位移杆(每个模型锚塞体下位移杆2个、上位移杆4个),沿着垂直作用方向加载,测试出模型锚塞体承载力和荷载-位移关系曲线表达式。结果表明:在加载过程中,模型锚塞体及周围岩体无破坏迹象,两个模型锚塞体洞口位置出现轻微裂缝开展,荷载位移曲线为缓变形。随加载时间的延长,锚塞体的位移呈增大的趋势,位移发生在15～45 min,且每级荷载值加载下,其位移最大不超过5 mm。右洞在各级荷载加载下其位移均高于左洞,部分高于5 mm。建议混凝土与岩体间的摩擦系数为0. 77和粘聚力为369 k Pa。两个模型锚塞体的安全系数分别为5. 3 (左洞)和5. 2 (右洞),满足最新《公路悬索桥设计规范》锚塞体抗拔安全系数和围岩稳定安全系数分别不应小于2. 0和4. 0的要求,为类似桥梁工程的长期安全性评价提供参考。     

基于极限平衡原理的螺旋锚抗拔承载力理论计算分析

竖向上拔荷载作用下螺旋锚抗拔承载力计算是螺旋锚设计的重要环节;基于极限平衡原理,在总结已有破坏面假定的基础上,考虑桩型和土性参数影响,提出了极限状态下螺旋锚单锚竖向抗拔复合破坏面,根据最大最小值原理确定破坏面函数中的未知参数及其函数表达式;建立螺旋锚抗拔极限承载力理论计算公式;通过与已有模型试验和现场试验的对比分析,验证所建立理论模型的准确性和可靠性。然后分析锚盘直径、首层叶片埋深等因素对螺旋锚抗拔极限承载力的影响规律。研究结果表明所建立的理论计算方法可以较为有效地计算螺旋锚极限抗拔承载力。     

基于数值仿真的重力式锚碇承载机制研究

为了研究悬索桥重力式锚碇承载机制,并保障重力式锚碇承载安全。依托某大桥重力锚工程,在Flac3D软件平台,采用重力式锚碇三维数值加载试验,计算有无齿坎和是否回填等条件对于重力式锚碇承载性能、基底应力变化、位移发展以及塑性区发展的影响,分析齿坎和回填覆土在重力式锚碇承载过程中的作用,结果表明:平底不回填工况的极限承载力约为8P (P代表设计缆力),平底回填工况极限承载力约为12P,齿坎不回填工况极限承载力约为12P,齿坎回填工况极限承载力约为16P。齿坎能够改善锚碇的受力状态,明显提高锚碇的极限承载能力。回填不仅可以提高锚碇的承载性能,还可以有效抑制锚碇位移的发展。重力式锚碇通过齿坎和回填土的约束作用能够充分调动基础和围岩联合承载,安全性能显著提高。平底锚碇主要依靠基底摩擦承载,塑性区仅在锚碇底部发展,最终破坏模式表现为滑移失稳;齿坎锚碇在荷载初期依靠摩擦承载,随着荷载的增加,齿坎调动岩体联合承载的效应逐渐发挥,塑性区的变化表现为荷载初期塑性区在锚碇底部发展,大荷载作用下锚碇齿坎处岩体则开始逐渐进入塑性,最终破坏模式为齿坎附近岩体的剪切破坏和锚碇的倾覆破坏。     

隧道锚抗拔承载力及安全性评估方法

针对当前隧道锚承载力估值时未考虑锚-岩联合承载,安全性评估中忽略传力构件可靠性的问题,基于楔形效应和隧道锚承载的阶段性特征,推导隧道锚的极限承载力估值公式。综合考虑锚碇系统中传力构件的承载能力和隧道锚的抗拔力,反推得到系统所能承受的拉拔荷载上限值,进而对整个隧道锚系统中各部分的安全性进行评价,且以伍家岗大桥北岸隧道锚工程为依托验证方法的合理性。分析发现：伍家岗大桥隧道锚考虑楔形效应的极限承载力为3 080 MN,是规范计算方法的7倍;传力构件的安全性限制了系统所能承受的拉拔荷载上限值,最大拉拔荷载为486 MN;地质力学模型试验揭露的隧道锚初始抗力为9倍设计缆力,极限承载力为13倍设计缆力,建议公式所对应的结果分别为7倍和14倍。结果表明：隧道锚的楔形效应极大地提高了锚-岩联合体的极限承载力;锚碇系统的安全性应由锚-岩联合承载性能和传力构件可靠性两方面综合确定,承载能力低者为系统承载能力的控制性因素;只有从综合角度对锚碇系统的安全性进行评估,才能确保系统安全可靠;建议的承载力估值公式与试验结果吻合性较好。     

空间索面的自锚式悬索桥主梁稳定简化计算研究

自锚式悬索桥在荷载作用下,主梁端部承受主缆巨大的水平分力作用,为压弯构件,其稳定是个十分重要的问题。根据弹性支承梁屈曲失稳简化计算方法,推导了适用于空间索面的自锚式悬索桥主梁屈曲失稳简化计算公式,并以江东大桥为例,分别用简化计算方法和有限元法分析主梁稳定,在恒载下两种方法得到的失稳安全系数很接近,且简化公式计算偏于安全,验证了公式的可行性。     

大桥隧道锚碇三维粘弹塑性数值模拟

为了解某大桥隧道锚碇及围岩体在张拉荷载下的变形状态及时效特性,采用三维显式有限差分软件FLAC^3D对该大桥隧道锚碇系统进行三维粘弹塑性数值模拟。根据地质资料以及混凝土锚碇结构尺寸,建立隧道锚碇的三维计算模型,对岩体与锚碇之间的相互作用以及锚碇结构在长期荷载作用下的破坏模式进行研究,分析了由于施工开挖引起的锚碇和隧道围岩的位移及其应力变化。分析结果表明：当考虑岩体的流变力学特性后,在设计荷载作用下,锚碇和隧道围岩的变形均有所增加;与弹塑性计算结果比较,施加荷载后经流变分析得到的隧道顶拱和底板的切向应力有所降低,拉应力的量值及拉应力区的范围减小,塑性区体积进一步扩大。     

中承式拱桥钢锚箱锚固结构受力机理及参数研究

为研究钢锚箱式锚固结构的受力机理,以某中承式拱桥系梁拉索钢锚箱为研究对象,选取包含钢锚箱在内的系梁节段,以支撑板、加劲板长度、承压板板厚为参数,运用有限元软件ANSYS12. 0建立参数化的"实-壳"混合弹塑性有限元模型,并对其进行仿真参数分析。仿真结果表明:在设计荷载、承载力极限荷载工况下,钢锚箱各板件分配荷载比例无明显区别;支撑板、加劲板长度、承压板厚度均能影响结构的破坏模态。     

山区公路悬索桥隧道锚设计

山区公路悬索桥采用隧道锚能较好地利用锚址区的地质条件,工程量相对重力锚小,性价比高、对周边环境扰动小。隧道锚设计规范、准则未成体系,设计参数不确定及山区隧道锚设计的特殊性是设计中的难点。隧道锚尺寸设计分为锚体截面设计和锚体长度设计。采用有限元方法对所设计隧道锚进行计算,结果表明:在7.5倍设计缆力作用下,岩体位移、应力均在可控范围内,岩体塑性变形范围有限,隧道锚处于稳定、安全受力状态;隧道锚设计方案安全系数大于6,满足设计要求。     

虎门二桥坭洲水道桥重力式锚碇基础稳定性研究

以虎门二桥坭洲水道桥超大跨度悬索桥锚碇基础为对象,采用规范方法、抗剪强度折减法和等比例增大缆力分析法对锚碇基础的稳定性进行了分析,得到了不同计算方法对应的基础稳定性系数。计算结果表明,当不考虑地连墙作用时,采用强度折减法和等比例增大缆力分析法得到的破坏模式均为滑移破坏,与规范方法计算得到的抗滑移稳定性系数较为接近;当考虑地连墙复合作用后,基础的抗滑移能力得到较大提升,基础的破坏模式将由滑动破坏转变为倾覆破坏,基础的安全系数得到较大幅度提升,地连墙对基础稳定性的提升作用较为明显。     

水平条分法在贴坡高填方路堤稳定性分析中的应用

结合山区高速公路建设的实践,采用足尺模型试验,得出荷载作用下斜坡地基上高填方路堤滑动破坏面出现的位置及形态,并测定了其相应的极限承载力。通过对层状边坡稳定性计算方法的研究,提出了斜坡地基上高填方破坏面为折线时的极限平衡水平条分法,并推导了计算其安全系数和极限承载力的理论公式。结果表明:利用极限平衡水平条分法分析斜坡地基上高填方路堤稳定性不仅简单可行,且具有较高的可靠性和计算精度。     

危岩带下锚碇高边坡稳定性研究

依托新田长江大桥上有危岩的岩质边坡重力锚碇基坑开挖工程,危岩处理后爆破振动速度需控制在1 cm/s。通过爆破振动场模拟分析,径向、切向、竖向振速数值计算值与现场实测值平均误差18.73%,优化后单响炸药量低于18 kg,危岩无破坏。综合非煤露天矿边坡和建筑边坡设计规范要求,考虑到临时边坡、爆破振动和边坡重要性等因素,锚碇边坡稳定性安全系数阈值设定为1.25;自重、爆破振动、降雨、地震各荷载组合工况下,三维边坡安全系数、最不利剖面二维边坡安全系数均大于规范值。     

混锚CFRP加固混凝土板试验研究

为使用碳纤维增强复合材料(CFRP)对钢筋混凝土构件进行抗弯加固,文中提出混锚法,即将CFRP端部绕结自锁式开缝板,通过锚具固定于板底部实现端锚。并通过对比实验,验证混锚法对抗弯加固的有效性。试验结果表明,混锚CFRP加固试件较纯粘加固试件,极限承载力有较大提升,并且能有效解决CFRP与混凝土板底面黏贴时因受界面应力作用,跨中发生剥离破坏的难题。另外1 800 mm长CFRP加固长度与2 600 mm长CFRP加固长度相比,较短的CFRP加固长度提升效果更为明显。     

强受扭损伤箱梁加固后的压弯性能研究

为研究某特大跨双索面混凝土斜拉桥因火灾致强受扭损伤的混凝土箱梁能否修复使用,对强受扭损伤加固后主梁的压弯刚度、扭转刚度及抗弯极限承载力开展了模型试验研究,评估灌浆-锚钢加固对主梁的压弯刚度及扭转刚度的影响。依据常用规范公式对箱梁抗弯极限承载力及正常使用极限状态下的变形、裂缝特征进行验算,评估规范中相应计算公式的适用性,并对加固箱梁在压弯荷载作用下的破坏形态进行对比分析。结果表明:灌浆-锚钢加固能有效地提高弯扭剪复合受力下箱梁的压弯刚度及扭转刚度;在压弯荷载作用下,加固梁的最终破坏形态为箱梁底板拉裂至钢筋屈服破坏,顶板混凝土没有被压溃,腹板锚贴钢板基本无损坏,但顶板锚贴钢板与混凝土界面发生了剥离现象,钢绞线未被拉断;GB50010—2010、JTG D62—2012、ACI318M-05规范均能较为准确地计算箱梁的抗弯极限承载力,ACI318M-05规范计算试验梁在正常使用极限状态下的跨中挠度值与实测值较为接近,基本能反映预应力混凝土箱梁正常使用极限状态下的变形性能;GB50010—2010规范计算试验梁的最大裂缝宽度和裂缝间距与实测值均较为接近,基本能反映预应力混凝土大比例缩尺箱梁的裂缝特性。     

自锚式悬索桥主缆无应力长度的计算分析研究

该文基于悬链线计算分析理论,将自锚式悬索桥空缆状态,简化为受沿弧长均布的自重荷载与吊索处集中力作用的柔性索,对成都市清水河自锚式悬索桥主缆的无应力长度进行了计算分析。可为类似的桥梁设计和施工提供参考。     

基于破坏试验的预应力混凝土小箱梁承载能力试验研究

为准确掌握某高速公路预应力混凝土小箱梁的实际承载能力,采用破坏试验方法对预制成品小箱梁的使用性能、开裂及破坏形态进行了试验研究,在试验中实测获得主梁的开裂弯矩、消压弯矩、有效预应力及破坏荷载等关键参数,并与理论计算进行对比分析。结果表明:1)小箱梁承载能力的安全系数能达到2. 2倍设计荷载要求; 2)小箱梁实测有效预应力相比设计值偏低(二者比值为0. 8),建议实施中完善预应力施工工艺,加强锚下有效预应力检测。     

考虑变形协调的加锚土体稳定分析模型

与常规的土体稳定条分法不同,本文对加锚土体随机块分,在极限分析理论基础上,根据条块间的速度场协调及加锚土体整体功能守恒,确定了锚杆承担的荷载与土体的滑移破坏之间的对应关系,通过优化搜索,分析加锚土体最不稳定状态。     

四渡河特大桥隧道式锚碇数值模拟

采用数值模拟方法研究了悬索桥隧道式锚碇系统的力学行为特征、围岩稳定状态、锚碇变位机理和拓扑效应。就锚碇体轴线倾角、长度、夹持角、接触界面粗糙度及结合程度对锚碇位移和岩体安息稳定性的影响作了深入探讨。研究发现:夹持角控制着锚碇变位和破坏机理,夹持角过小时锚碇压密围岩土体,较大时锚碇前端附近土体则产生剪切破坏;锚碇长度影响接触面围岩应力量值,表现为非线性的自组织临界特征;锚碇体粗细对系统主要监控参数的贡献相对均匀。给出了锚碇拓扑参数的取值范围和针对性的设计措施,为悬索桥隧道式锚碇的优化设计提供了理论基础。     

大跨度混合梁斜拉桥弹塑性极限承载力分析

为研究混合梁斜拉桥的弹塑性极限承载力,基于连续体三维虚功增量方程,建立空间薄壁梁单元的U.L.列式增量平衡方程,采用分段分块变刚度法计算单元的弹塑性刚度矩阵,并编制相应的斜拉桥弹塑性极限承载力空间分析程序ULCA.采用ULCA对某主跨480 m的双塔三跨空间双索面混合梁斜拉桥成桥进行弹塑性极限承载力分析,分析结果表明:该桥的荷载安全系数k=3.146 5,因混凝土主梁受压区破坏而达到极限状态;材料非线性对边跨位移、索力及桥塔位移的影响远大于对中跨的影响;极限荷载作用下,材料非线性对主梁和桥塔的轴力基本无影响,但弯矩重分布比较明显.     

锚贴U形钢板-混凝土组合加固RC梁的抗弯试验

为了研究锚贴U形钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能，设计5根加固梁和1根对比梁进行抗弯试验。试件的主要设计参数包括有无加载历史、钢板纵向加固长度、钢板厚度和螺杆间距。加载仪器采用1 000 kN梁柱加载系统，应变采集使用静态应变分析系统，挠度采用机电百分表测量。试验过程中，观测记录试验梁在荷载作用下截面应变、跨中挠度、加固部分与原混凝土之间的相对滑移、裂缝的产生与发展。基于平截面假定，推导试验梁的极限抗弯承载力计算公式，并对比模型试验与理论分析结果。试验结果表明：与未加固的对比梁相比，锚贴U形钢板-混凝土组合加固后的试验梁其开裂弯矩提高近50%，极限抗弯承载力提高约1倍；钢板纵向加固长度对梁的整体刚度有显著的影响，加固范围越大刚度提升越显著；加固范围应充分考虑加固部分截断处截面的抗剪能力，避免使试件从塑性弯曲破坏模式变成脆性剪切破坏模式；对比螺杆间距15 cm与30 cm试验梁的结果发现，只要符合构造要求的螺杆间距对试件的承载能力影响很小，但对裂缝开展有一定的影响，螺杆间距越密其裂缝开展明显变小；随着加固钢板面积增大，抗弯承载力也随之提高。针对加固后适筋破坏的RC梁，推导了极限抗弯承载力计算公式，利用公式计算出的极限抗弯承载力的理论值与试验值相对差值均在10%以内。