浅谈预应力锚索格构梁体系中格构梁的设计

浅谈预应力锚索格构梁体系中格构梁的设计作者：涂永禄

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第13期

【关键词】格构梁设计；截面积；锚索间距；悬臂段长度

【摘要】本文通过对多年的工程实践经验总结，对预应力锚索格构梁体系中的格构梁截面积，锚索间距及悬臂段长度进行分析总结，探讨预应力锚索格构梁体系中计算确定合理的格构梁截面积，合理的锚索间距及悬臂段长度。

预应力锚索格构梁体系作为一种新型的边坡抗滑支挡加固措施，近年来，在边坡支护、基坑支护以及滑坡治理中得到广泛应用。总结多年来的工程实践经验，谈谈预应力锚索格构梁体系中格构梁的设计。

一、格构梁设计的基本原理

预应力锚索格构梁体系中格构梁设计，通常采用地基连续梁或简支梁的设计原理进行设计计算，格构梁主要是作为锚索处受到集中力荷载的地基梁来计算，主要包括承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算。其断面尺寸按强度、刚度和抗裂度的要求计算确定。计算受力模型简化为：边坡岩土压力均匀作用于格构梁上，锚索看作支座作用反力。

二、具体应用中的格构梁设计

1、土质和软质岩边坡的格构梁

由粘土（红粘土等）构成的土质边坡，由泥岩，泥质粉砂岩等软质岩构成的软质岩边坡。构成边坡的岩、土体强度低，容易破坏。其受力作用可简化为，边坡岩土压力通过岩、土体传递，均匀地作用在格构梁上，锚索处所受集中荷载看作固定支座作用反力。一般设计步骤如下：

1）采用矩形截面格构梁，按照常用高跨比和宽高比初步确定截面尺寸。

2）计算荷载作用下的内力及控制截面的最大最小弯矩。3）根据计算求得的弯矩值和规定的裂缝控制等级，初步确定钢筋的有效应力值和钢筋截面面积。

4）布置钢筋，计算等效荷载。

5）验算正常使用极限状态。根据构件的裂缝控制等级，验算受拉边缘的混凝土法向应力或正截面的裂缝宽度。必要时，尚需验算斜截面的裂缝控制要求。

6）计算承载力极限状态。计算正截面受弯承载力，确定所需的钢筋截面积。此外，尚需计算斜截面承载力。

2、硬质岩边坡中的格构梁

由白云岩、石灰岩等硬质岩构成的岩质边坡。格构梁受力作用简化为，边坡岩土压力通过岩、土体传递，均匀地作用在矩形截面格构梁上；锚索处所受集中荷载看作固定支座作用反力。但是，由于构成边坡的岩体强度高，不容易破坏，在硬质岩边坡上浇筑格构梁时，格构梁与边坡岩体构成一个整体，相当于混凝土结构设计中的梁板组合体，梁板组合体设计时将其看作T型梁考虑。格构梁与边坡岩体构成一个整体，也可看作T型梁考虑，只是该T型梁的腹板厚度和宽度较大，具体设计时可考虑按为有效厚度和有效宽度进行设计计算。

对比土质和软质岩边坡的格构梁与硬质岩边坡的格构梁，同等岩土压力条件下，硬质岩边坡格构梁截面比土质和软质岩边坡的格构梁截面约小。

3、锚索间距及格构梁悬臂段长度

1）锚索间距

理论研究及大量工程实践证明，合理的锚索间距B既能够保证格构梁地基反力不会产生过度的应力集中及应力跌落，又能够保证后张拉的锚索不会对已张拉的相邻锚索产生过大的预应力损失。根据双参数弹性地基模型的理论研究，锚索间距取值范围应满足关系式：

0.17268ρ+1.03476≤B/L≤3.35418-2.94271ρ+1.28868ρ2〔；G—地基基床剪切模量；k—地基机床系数；EI—格构梁抗弯刚度；b—格构梁的等效宽度，B—锚索间距；L—格构梁特征长度〕。在常规设计中，锚索间距为2—4米。锚索间距不得小于1.5m，当间距小于1.5m时，锚索施工和张拉过程中容易影响相邻锚索；当间距大于4m时，锚索处易产生应力集中，锚索间易产生应力跌落。

2）格构梁悬臂段长度

合理的格构梁悬臂段长度对地基反力的分布有重要的影响。悬臂段长度过小，易导致格构梁梁端地基反力急剧增大；悬臂段长度过大，易导致格构梁梁端地基反力过小而达不到支护效果。根据理论研究及大量工程实践，格构梁跨距、地基变形模量是影响最优悬臂长度的主要因素，格构梁悬臂段的长度取0.3倍跨距可优化格构梁的内力分布，所以0.3倍跨距长度为最优悬臂长度，通常的悬臂段长度为0.2—0.4倍跨距长度。

在具体的工程设计时，格构梁截面积，锚索间距以及悬臂段长度等需满足有关规范中规定的构造要求。

【参考文献】

《简明岩土工程勘察设计手册》（中国建筑工业出版社）

《岩土工程治理手册》（中国建筑工业出版社）

《混凝土结构设计原理》（东南大学出版社）

《混凝土结构设计规范》GB50010—2010；《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011