混凝土格构锚固支护体系中格构梁的受力机理与设计方法研究

【摘要】：在市政、公路及山城房屋建设中,涉及到大量边坡防护工程。用于边坡防护的结构体系多种多样,比如预应力锚索、锚杆、抗滑桩、挡土墙等等。近年来,一种结合锚和坡面结构的新型边坡防护体系,即混凝土格构锚固体系,已大量运用于边坡防护工程中,它是通过钢筋混凝土格构梁将锚固力传递给坡体,改善坡体应力状态,使坡体受压,产生抗滑力,从而达到稳固坡体的目的。混凝土格构锚固体系是一种兼顾深层加固与浅层护坡的滑坡治理措施,其加固效果可靠、施工安全快速、后期维护方便,综合造价及社会经济效益优于传统的重型支挡结构,有良好的应用前景。然而,目前对锚索的锚固机理的研究成果较多,但对格构梁的受力机理还缺乏研究,也没有相应的规范来指导格构梁的设计。因此,加强对混凝土格构锚固体系中格构梁受力机理和设计方法的研究,是十分必要的。 本文采用理论分析和数值模拟两种手段,相应地对钢筋混凝土格构梁的平面模型和空间模型进行受力分析,并在此基础上提出了格构梁的简化设计方法。理论分析部分,主要是采用基于Winkler 假定的解析法和基于弹性半无限空间的幂级数法分别计算格构梁的内力,比较两种方法的异同,选取其中更能真实反应格构梁实际受力情况的理论方法作为后续章节中提出设计方法的基础。数值模拟部分,是利用FLAC~(3D)对混凝土格构锚固体系进行数值模拟,为理论分析的结果进行补充和验证。 通过上述研究工作,得到以下主要结论: ①在土质边坡上,两种理论方法对相同格构梁模型的弯矩计算结果存在明显差异。基于弹性半无限空间的幂级数法不能计算格构梁上的负弯矩区段,与数值分析的结果不符。相比之下,基于Winkler 假定的解析法更能够反应格构梁实际的受力情况。在岩质边坡上,两种理论方法的计算结果没有明显差异,但相比数值计算的结果,解析法的计算结果偏小。 ②根据FLAC3D数值模拟结果,发现格构梁空间模型的弯矩曲线与平面模型的结果存在差异。主要是弯矩的分布形式发生了变化,纵梁的弯矩分布不对称,正弯矩最大值出现在靠近坡顶的锚固力作用处,横梁的弯矩分布大致呈轴对称形式,且弯矩值的大小受横梁在边坡上位置以及边坡力学参数的影响显著。总的来说,空间模型的分析结果更准确地体现了边坡参数对格构梁受力的影响,以及纵横梁间的相互影响。 ③由于理论分析的平面模型与实际工程的受力情况有很大的不同,有必要对理论计算结果进行修正。根据空间模型的计算结果,本文提出了具体的修正内容以及修正参数。