预应力锚拉结构自保护技术及其设计方法研究

论文摘要

由于岩土工程存在复杂性、多变性、不确定性等因素,使锚拉支挡体系受力不均匀和不确定,由此引起失效。本文旨在研究锚拉支挡体系的自保护、自适应技术,提高体系的安全性和经济性。本文首先对岩土锚固技术进行了大量的分析,然后对前人提出的剪切型自保护装置的优缺点进行分析,在此基础之上提出了一种新型的自保护装置——压缩型自保护装置。这种装置从加工制作到受力特点都比前者有了明显的优点。对压缩型自保护装置的试验研究结果表明,该装置的压力——位移曲线与理想弹塑性材料的完全一致,这标志着自保护装置的研究成功,提供了理想弹塑性力学模型的工程实用元件。自保护装置能保证预应力锚拉构件上的应力始终不超过设计应力,达到保护锚拉构件不破坏的目的。因为这种自保护装置不限制相邻结构的变形,使其整个结构体系能通过变形进行内力重分布,达到结构内力自适应的目的,从而形成了结构自保护、自适应的体系基础。在自保护装置研究成功的基础之上,提出了“限力设计”的概念,并对几种岩土工程中常见的锚拉结构的限力设计方法进行了初步研究,经分析发现,这种结构体系有计算简单、安全可靠、经济适用等优点。而且,这种设计方法能解决很多传统“限制位移设计”方法不能解决的问题,具有广阔的应用前景。最后,本文选用一个实际工程进行了有限元计算,结果表明,自保护装置的使用不仅能从承载能力极限状态方面保证预应力桩锚结构的安全,而且还能从正常使用状态方面保证结构的正常使用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 预应力锚拉结构的优点及其存在的问题
• 1.2.1 预应力锚拉结构的优点
• 1.2.2 预应力锚固体系存在的问题
• 1.3 自保护、自适应技术的理论基础及其国内外研究现状
• 1.4 本文的研究内容及其意义
• 1.4.1 本文研究的内容
• 1.4.2 本文研究的意义
• 2 岩土锚固技术
• 2.1 岩土锚固技术及锚杆概述
• 2.1.1 岩土锚固的含义与特点
• 2.1.2 锚杆支护技术的发展与现状
• 2.1.3 锚杆的组成与构造
• 2.1.4 锚杆支护技术存在的问题
• 2.2 预应力锚杆
• 2.2.1 概念
• 2.2.2 作用机理
• 2.2.3 影响预应力锚杆（锚索）预应力变化的因素
• 2.2.4 应用情况
• 2.3 本章小结
• 3 锚拉结构自保护、自适应技术研究
• 3.1 结构的自保护、自适应
• 3.2 锚杆（索）自适应、自保护的相关研究现状
• 3.3 最新的锚拉结构自保护、自适应原理及装置
• 3.3.1 工作原理
• 3.3.2 自保护、自适应装置设计思想
• 3.3.3 最新的设计思想与现行方法的比较
• 3.4 本文的设计思想
• 3.5 本章小结
• 4 预应力锚拉结构自保护装置的试验研究
• 4.1 剪切型自保护装置的试验研究简介
• 4.1.1 试验设计简要说明
• 4.1.2 试件设计
• 4.1.3 试验的设备和测试系统
• 4.1.4 试验现象及数据
• 4.1.5 试验成果分析
• 4.2 压塑型自保护装置的试验研究
• 4.2.1 试验及试件设计
• 4.2.2 试验过程及结果分析
• 4.3 对二种装置的对比分析
• 4.4 本章小结
• 5 预应力锚固体系的自适应设计——限力设计的研究
• 5.1 限力设计的必要性
• 5.2 限力设计初探
• 5.2.1 边坡推力计算
• 5.2.2 预应力锚索独墩体系的自保护设计
• 5.2.3 预应力锚索框架结构的自保护设计
• 5.2.4 桩锚结构的自保护设计
• 5.2.5 一些特殊情况的限力设计
• 5.3 限力设计应用事例
• 5.4 限力设计的利弊
• 6 有限元及工程实例分析
• 6.1 有限元分析
• 6.1.1 有限元概述
• 6.1.2 塑性变形发生器的弹塑性计算模型
• 6.1.3 有限元分析软件ANSYS
• 6.2 实例分析
• 6.2.1 工程概况
• 6.2.2 有限元分析内容和分析原理
• 6.2.3 有限元分析建模
• 6.2.4 有限元分析结果对比
• 6.3 本章小结
• 7 结语
• 7.1 本文的主要工作
• 7.2 本文的主要结论
• 7.3 需要进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书