预应力锚索抗滑桩的计算分析

图 2 竖直分力加载后混凝土截面等效应力 F ig. 2 After the vertica l force com ponen t in2
crea se the concrete section equ iva len t stress d iagram
γ 0
V
≤017
ft
bh0
+
Байду номын сангаас1125
fyv
收稿日期 : 2006209204 作者简介 :郭尤林 (1982 - ) ,男 ,湖南益阳人 ,硕士研究生 ,主要从事 边坡工程及基坑支护方面的研究 。 E - ma il: guoyoulin0708@163. com
对桩的强度加强效果 ,这一个竖直力相当于在桩中 施加了一个预应力 ,使桩的抗滑力得到进一步加强 , 较普通抗滑桩进一步降低钢筋用量 ,从而降低了工 程造价 。
[ 3 ] 陈惠发. 余天庆 ,王勋文 ,刘再华 ,译. 刘西拉校. 土木工程材料 的本构方程 [M ]. 武汉 :华中科技大学出版社 , 2001.
[ 4 ] 韩林海. 钢管混凝土结构 ———理论与实践 [M ]. 北京 : 科学出 版社 , 2004: 65272.
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(4)桩前剩余抗滑力按矩形均匀分布 。
基本公式如下 (图 1) :
∑X = 0 E′T =σym B P
(1)
∑M i
=
0 E′T (
h 2
+ ym
+ h3 ) 2
=σym B P
( ym 2
+
h3 ) 2
+
1σB 6
P
h23
(2)
h2 = ym + h3
(3)
式中 E′T ———荷载 ,即每根桩承受的滑坡推力与抗
s ———沿构件长度方向箍筋的间距 ;
其余符号意义同上 。
1. 3 计算例题
某山区某滑坡 ,滑动面以上为风化极为严重的
砂砾岩 、泥岩 ,已成土状 ,从上至下变形均匀 ,γ1 = 19 kN /m3 ,φ = 26°。滑动面以下为风化轻微的泥岩 、页
岩 ,可按较硬的土层考虑 。抗滑桩前 、后滑体厚度基
0 引 言
20世纪 80年代初 ,随着锚固技术的发展 ,在滑 坡治理支挡结构中出现了预应力锚固抗滑桩 ,即锚 杆或锚索抗滑桩 [ 1 ] 。它是一种组合结构 ,通过在普 通悬臂式抗滑桩的顶部设置可施加强大预应力的锚 杆或锚索 ,从根本上改变了以往抗滑桩不合理的被 动受力状态 ,变成上端铰支 ,下端近乎弹性固结的弹 性地基梁式结构 ,可使桩的截面尺寸 、桩在滑动面以 下的埋置深度和桩身内力显著减小 ,或使桩的间距 增大 ,从而大幅度地降低工程造价 ,节省滑坡治理费 用。
滑力之差 , kN;
h1 ———桩的受荷段长度 , m; ym ———锚固段地层达 [σ ]区的厚度 , m;
h3 ———锚固段地层弹性区厚度 , m;
B P ———桩的计算宽度 , m; σ———地层侧壁容许应力 。
当 E′T , h1 , B P 均已知 ,则由 ( 1 ) , ( 2 ) , ( 3 ) 式联 解 ,得出 σ, ym , h3 值 ,即可得到桩的地层应力及桩的 内力 。
A sv s
h0
+ Fy
(6)
式中 ft ———混凝土抗拉强度设计值 ; fyv ———箍筋抗拉强度设计值 ; V ———斜截面抗剪承载力 ;
Asv ———配置在同一截面内箍筋各肢的全部截 面面积 ,等于 nAsv1 ,其中 , n为在同一截 面内箍筋的肢数 , Asv1为单肢箍筋的截 面面积 ;
(1)对方钢管混凝土柱 —钢梁节点的梁端翼缘 进行适当削弱 ,不会显著降低构件的承载力 。
( 2 )将狗骨式刚性连接运用于方钢管混凝土
柱 —钢梁模型 ,以增大结构抗震性能的思路是可行 的 。它能有效地将梁端塑性铰外移至梁截面的狗骨 区域内 ,降低了梁端的应力集度 ,保护了梁柱连接的 关键部位 ,能保证节点的延性得到充分发挥 。
(下转第 156页 )
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四川建筑科学研究
第 34卷
6. 4 耗能能力评价指标 等效粘滞阻尼系数的大小 ,是判别机构在地震
中耗能能力的指标 。在图 11所示的滞回环中 ,等效 粘滞阻尼系数定义为
he
=
1 2π
AB C图形面积 OBD 三角形面积
计算出的两类节点的等效粘滞阻尼系数为 :
在国内 ,由于预应力锚索抗滑桩在工程中的大 量应用 ,对其计算理论的研究较为活跃 [ 126 ] ,预应力 是通过锚索施加到抗滑桩上的 ,相当于在抗滑桩上 施加一个集中力 。由于锚索设置一般与水平面成一 角度 ,锚索不仅提供一个与滑坡推力相反的力 ,并且 沿桩向还有一个竖直分力 。笔者认为 ,在计算预应 力锚索抗滑桩的内力时 ,应考虑这一竖直力带来的
[ 6 ] 宗周红 ,葛继平 ,杨强跃. 反复荷载作用下方钢管混凝土柱与 钢梁连接节点非线性有限元分析 [ J ]. 建筑结构学报 , 2006, 27 (2).
[ 7 ] 周天华 ,何保康 ,陈国津. 方钢管混凝土柱与钢梁框架节点的 抗震性能试验研究 [ J ]. 建筑结构学报 , 2004, 25 (1).
[ 8 ] 吴 芸 ,吴华英 ,张 溶 ,等. 狗骨式刚性连接钢框架结构抗震 性能试验研究 [ J ]. 武汉理工大学学报 , 2003, 25 (5) : 37239.
(上接第 143页 ) 处 ,并与水平面成 30°角 ,锚索预应力为 800 kN ,则 锚索提供的水平分力为 800 ×cos30°= 693 kN , 800
1 计算原理及思路
抗滑桩属刚性桩或弹性桩 ,除按桩周岩 、土的性 质及其松散程度定性外 ,试验表明 ,当埋入滑动面以 下的计算深度 (桩的锚固深度 h 与桩的变形系数 α 的乘积 )为某一临界值时 ,可视为桩的刚度无限大 , 其在水平荷载作用下的极限承载能力 ,只取决于地 层弹性抗力的大小 ,而与桩的刚度无关 ;若对计算深 度为此临界值的桩 ,分别按弹性桩和刚性桩计算 ,结 果二者的水平承载能力及传递到地层的压力图形比 较接近 。为此 ,通常将这个临界值作为判断桩为刚 性桩或弹性桩的标准 。综合各计算方法 ,下面 ,计算 采用铁路工程中常采用的悬臂桩简化计算抗滑桩的 内力 [ 7 ] 。 1. 1 基本假定
he未削弱 = 0129 , he削弱 = 0138 从这个角度看 ,经过削弱处理后的方钢管混凝 土柱 —钢梁节点 ,也具有更好的耗能能力 。
图 11 等效粘滞阻尼系数 F ig. 11 The equ iva len t v iscous coeff ic ien t of dam p ing
7 结 论
Pre2stressed anchor cable an ti2slippery p ile computa tion ana lysis
GUO Youlin, RUAN Yongfen
(Department of Civil Engineering, School of A rchitecture, Science and Technology Institute of Kunm ing, Kunm ing 650224, China) Abstract: This article p roposed a imp rovement computational method in the existing p re2stressed anchor cable anti2slippery p ile computational method foundation, in the computation p rocess, considered the vertical force of the p re2stressed anchor cable, caused it theoretically to be more reasonable, reduced the steel of the p ile, reduced the p re2stressed anchor cable anti2slippery p ile p roject construction cost, it has the vital significance to the landslide design. Key words: p re2stressed anchor cable anti2slippery p ile; landslide; cantilever p ile
(3)方钢管混凝土柱 —钢梁节点经过削弱处理 后 ,具有更好的抗震性能 ,较未削弱处理的节点 ,具 有更好的延性和耗能能力 。
参 考 文 献:
[ 1 ] 茹继平 ,杨 娜 ,杨庆山. 翼缘削弱型钢框架梁柱节点的性能 研究综述 [ J ]. 工程力学 , 2004, 21 (1).
[ 2 ] Susantha K A S, Ge H B , U sam i T. Uniaxial Stress - strain Rela2 tionship of Concrete Confined by Various Shaped Steel Tubes [ J ]. Engineering Structures, 2001, 23: 133121347.
(1)地层相比较 ,假定桩为刚性的 。 (2)忽略桩与周围岩 ,土间的摩擦力 、粘着力 。 (3)锚固段地层的侧应力成直线变化 。其中 : 滑动面和桩底地层的侧壁应力发挥一致 ,并等于侧
2008 No12
郭尤林 ,等 :预应力锚索抗滑桩的计算分析
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壁容许应力 ;滑动面以下一定深度范围内的侧壁应 力假定相同 ,并设此等压段内的应力之和等于受荷 段荷载 。
(4)
∑M
= 0 γ0M d ≤ fc bx ( h0 -
x) 2
+
Fy
(
h 2
- as )
(5)
式中 γ0 ———抗滑桩的安全系数 ; fs ———钢筋抗拉强度设计值 ;
M d ———弯矩组合设计值 ; fc ———混凝土轴心抗压强度设计值 ; b———矩形截面宽度 ; h0 ———截面有效高度 , h0 = h - as , h为截面全 高 , aa 为从截面受拉边缘至纵向受力 钢筋重心的距离 ; x———截面受压区高度 ; Fy ———预应力锚索竖直向下的分力 ; As ———受拉区纵向钢筋的截面面积 。
图 1 计算简图 F ig. 1 Com puta tion d iagram
1. 2 桩的配筋计算 计算完桩的内力 ,在配筋时 ,考虑预应力锚索向
下的分力 ,即把竖直向下的力近似地看作是加在桩 上的预应力 ,假定竖直向下分力均匀分布在全截面 上 ,具体计算公式如下 :
∑X = 0 fc bx = fsA s
本相同 , h1 = 10 m ,桩前剩余抗滑力为 3200 kN ,侧壁 容许抗压强度 [σ ] = 1700 kN /m2 ,桩间距为 6 m ,桩
截面 F = ba = 2 ×3 = 6 m2。
由最小锚固深度公式 [ 7]算出锚固深度为 5 m ,
则 桩的总长为 15m ,预应力锚索设置在距桩顶 1m
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四川建筑科学研究 Sichuan Building Science
预应力锚索抗滑桩的计算分析
第
34卷 第 2期 2008年 4月
郭尤林 ,阮永芬
(昆明理工大学建筑工程学院 ,云南 昆明 650224)
摘 要 :在现有预应力锚索抗滑桩计算方法的基础上 ,提出了一种改进的计算方法 ,就是在计算过程中 ,将预应力锚索的竖直 分力考虑进去 ,使其理论上更加合理 ,减少了桩的配筋量 ,降低了预应力锚索抗滑桩的工程造价 ,对滑坡整治工程的设计具有 重要意义 。 关键词 :预应力锚索抗滑桩 ;滑坡 ;悬臂桩 中图分类号 : TU473 文献标识码 : A 文章编号 : 1008 - 1933 (2008) 02 - 142 - 02