悬索桥隧道式复合锚碇系统作用机理研究

【摘要】：带预应力岩锚的隧道式复合锚碇作为悬索桥锚固系统的一种新的结构型式,具有重力式、隧道式锚碇所不具备的优点,其结构受力更合理,安全性更可靠,工程造价低,保护生态环境,实现可持续发展,拓宽了隧道式锚碇的应用范围和工程条件,提高了悬索桥的竞争力,填补了岩土工程领域中真正意义上充分利用自然宿主介质的强大的自承性的空白,具有较广阔的工程应用前景,经济效益巨大。 受地质条件限制,隧道式锚碇目前还局限应用在节理较少、围岩整体性能完好的地质环境。在节理裂隙发育或破碎岩层的工程边界进行悬索桥带预应力岩锚的隧道式复合锚碇工程的设计和施工,其难度和风险极大,国内外的研究基本处于空白。同时,作为系统承载主体之一的预应力岩锚,仅仅作为体系的安全储备考虑是不完善的。设计、施工均以经验类比法为主,没有相关理论作指导,与蓬勃发展的工程实践是极不相称的。 锚碇优化设计能产生巨大的经济效益,改善系统的受力,保证工程的安全可靠性和耐久性。一方面,在确定的荷载条件下,满足静力平衡、变形协调、本构关系以及边界条件时,拓扑参数变化和后部锚索初设预应力变化等对系统稳定性的影响,从而指导和修正设计;另一方面,数值方法虽然能综合考虑岩土材料的不连续性、各向异性、非线性的本构关系以及结构在破坏时呈现的体胀、软化、大变形特性等问题,但却不能为大多数设计者所采用。工程实践中,有时并不要求知道结构物中应力和应变随着外荷载如何变化,而只需求出最终达到塑性流动状态所对应的极限荷载或者结构物的安全系数。寻找能基本反映工程条件的简化计算公式,为工程师们提供一个整体的设计思路和方法。 研究中,通过文献综述和科技查新,论证课题的现状和方向;综合采用理论分析、数值模拟、工艺研究、实验验证(现场模型试验和原位试验)的技术路线。主要内容和成果如下: 1.分析锚固长度,自由长度,注浆性质以及锚注体与围岩接触方式对岩锚极限抗拔力和破坏形态的影响。阐释了锚索的根状效应和围岩应力场分布形态,提出安全储备系数概念。自由长度对围岩有效传递和分散围岩应力有关键作用,和锚固长度共同控制岩锚的破坏形态;在锚碇系统中,和初始预