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《同济大学》 2007年
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预应力内锚固段作用机理及其耐久性研究

张思峰  
【摘要】: 随着我国经济建设的不断发展,城市化进程的不断加快,我国的基础设施建设也正处于一个蓬勃发展的时期,由此产生了大量的高边坡和基坑工程。而预应力锚固技术由于其具有对岩土体扰动小、施工快、安全、经济等优点,在岩土加固的各个领域中得到了广泛的应用,取得了巨大的经济效益和社会效应。 但在以往的预应力锚固设计中,都是按照极限平衡的原则,认为锚固系统是一劳永逸的,并没有考虑它的耐久性问题。然而事实上,影响预应力锚固结构寿命的因素众多,它与实际工程的外部环境(包括降雨、冷热)、锚固机理、腐蚀介质的存在等因素都密切相关。本文在分析预应力内锚固段耐久性影响因素的基础上,提出了预应力内锚固段耐久性的动态概念。 首先采用室内相似模型试验及数字图像变形量测技术对预应力锚固结构在张拉荷载作用下的全断面特性、细观位移发展机理及破坏机制进行了深入系统的研究。主要探讨了杆体轴力和内锚固段各界面剪应力随张拉力的变化以及单、群锚作用下位移场的发展和变化规律,同时也为后面的细观数值模拟提供了理论基础。 接着通过对一实际边坡加固工程施工期、长期运营期的预应力锚索张拉力变化特点的分析,探讨了影响预应力变化的各种因素,并揭示了预应力变化的基本规律,提出了预应力变化的大循环和小循环的概念。以此为基础,考虑不同的循环加载方案和加载变幅,采用室内相似模型试验的方法对预应力内锚固段在循环荷载作用下的耐久性问题进行了探讨和分析。试验发现,随着荷载变幅的增大,最终循环荷载次数呈指数形式衰减,而锚固体强度对于最终的循环荷载次数也有着极为重要的影响。 颗粒流理论及其PFC2D程序是一种细观力学的分析方法及数值模拟途径。它将土体细观结构变化与土的宏观强度、变形以及土与结构物相互作用的响应联系起来,有助于改善人们对于岩土工程问题本质与机理的认识。本文采用PFC2D程序对预应力锚杆承受拉拔力作用下的锚固机理进行了分析,并着重对周围岩土体的应力场、位移场所表现出来的细观特性进行了探讨,进一步揭示了单锚、群锚的锚固机理和位移发展特性。通过与有限差分程序及室内模型试验结果进行对比,验证了数值模拟的正确性。 第六章采用室内加速腐蚀试验的方式对应力和腐蚀介质共同作用下的内锚固段耐久性问题进行了试验研究,分别对PH值、时间及应力水平等因素对于杆体单位长度腐蚀量的影响进行了定量化的描述;利用Fick第二定律对注浆体在氯离子渗透作用下的寿命进行了预测,并从设计、施工等方面提出了预应力内锚固段耐久性的增强措施。 论文最后,作者对今后需进一步研究的问题和方向提出了建议。
【学位授予单位】:同济大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU470.3

【参考文献】
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