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《中国地质大学》 2007年
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桩、锚协同作用的预应力锚索抗滑桩设计及程序开发

乔莉  
【摘要】: 预应力锚索抗滑桩是一种新型的抗滑支挡结构,在工程实践中得到了广泛的应用。然而,由于桩锚体系与滑坡体之间相互作用的复杂性,对预应力锚索抗滑桩的作用机理的研究仍然处于探索阶段,其力学计算模型、计算方法还存在一些问题。 论文首先总结了桩、锚、土之间相互作用的研究成果,针对现有的预应力锚索抗滑桩的力学计算模型中存在的主要问题:桩锚变形协调、桩锚受力协调问题进行了探讨,并建立了其合理的力学计算模型。然后,对预应力锚索抗滑桩的设计进行研究,引用较成熟的抗滑桩设计计算方面的研究成果,对新建立的预应力锚索抗滑桩力学计算模型进行求解,着重对锚索预应力值或锚索拉力值进行求解。接着,用Visual B语言编制预应力锚索抗滑桩设计计算程序,以实现以上桩锚的设计计算。最后,结合具体的工程实例,综合多工况进行预应力锚索抗滑桩的设计,并探讨桩锚组合结构的优化设计问题:锚索预应力值或锚索拉力值取多少,会使桩锚组合结构发挥最大的效应。 论文主要取得了如下结论和成果: 1、对桩、锚相互作用进行了分析,提出了改进的桩锚协调变形条件。分析目前文献中存在的3种桩锚协调变形条件,并指出其力学计算的不合理,考虑到在锚索预应力施加阶段,桩已经发生了变形,提出了改进的桩锚协调变形条件。改进的协调变形方程,更符合桩、锚的实际受力状态,锚索拉力的储备更合理、安全。 2、本文通过分析预加固力对预应力锚索抗滑桩的力学计算模型的影响,提出以下认识: ①桩后土体的确受到预加固力,但是桩后滑坡推力大小未必受到折减。预加固力的作用,仅仅是限制了预应力施加阶段桩身的变形,对桩身变形稳定阶段的力学计算模型没有太大影响,滑坡推力不应折减。 ②预加固力的求解实际上是桩与桩后土体的相互作用模型问题,影响到预应力施加阶殷桩身位移的求解。采用全桩地基系数法计算预加固力值,需满足这一阶段桩身位移值为负,即桩向坡体内侧移动的假定条件。 3、基于桩锚协同作用,提出了用于治理滑坡的改进的预应力锚索抗滑桩力学计算模型。改进的预应力锚索抗滑桩力学计算模型,同时考虑了桩锚变形协调与受力协调。 4、引用传统的抗滑桩计算方法,对本文改进的预应力锚索抗滑桩力学计算模型的弹性桩、刚性桩力学计算模式分别予以求解,用2种设计方法:由锚索预应力值确定锚索拉力值、由锚索拉力值确定锚索预应力值,推导出了求解锚索拉力值或预应力值计算公式。 5、预应力锚索抗滑桩的设计计算涉及大量的公式,查表或手工计算十分繁琐,采用计算机辅助设计已成为必然趋势。本文用Visual B语言编制了预应力锚索抗滑桩设计计算系统。程序采用矩阵分析法和有限差分法2种算法,实现了目前抗滑桩设计中常采用的和本文改进的力学计算模型,并能自动生成内力、位移图,做出初步的桩身配筋和锚索结构设计,估算出单根预应力锚索抗滑桩的总造价。程序包含3个独立的模块,适用于桩侧承受三角形、矩形、梯形的荷载分布形式,桩项作用有弯矩、剪力,桩底为自由、绞接、固接的支撑条件,地基系数呈矩形、梯形分布的等截面抗滑桩或多排预应力锚索抗滑桩的设计计算。程序经过算例验证,结果可靠。 6、以重庆市万州区试验小学滑坡为例,应用自行开发的程序,进行预应力锚索抗滑桩的设计计算,以验证、分析本文改进的力学计算模型,并说明综合多工况进行预应力锚索抗滑桩设计的合理性与必要性。同时,为了说明改进漠型的优越性,本工程实例还采用其它模型进行计算,计算结果显示:改进的预应力锚索抗滑桩力学计算模型,因考虑桩、锚受力的协调,大大降低了桩、锚承载力设计值,从而有效的节约了工程投资。 7、从锚索拉力值的确定方面,对桩锚组合结构的优化设计进行探讨:锚拉桩工程主要是抗滑桩工程,当桩身最大正负弯矩大致相等时,桩受力最合理,使桩的造价最低,此时锚拉桩的造价也就最低。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU473.1;TP311.52

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