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悬索桥隧道式锚碇侧摩阻力近似解析算法

肖世国 赵琳智

肖世国, 赵琳智. 悬索桥隧道式锚碇侧摩阻力近似解析算法[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(5): 974-981. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.014
引用本文: 肖世国, 赵琳智. 悬索桥隧道式锚碇侧摩阻力近似解析算法[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(5): 974-981. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.014
XIAO Shiguo, ZHAO Linzhi. Approximate Analytical Method for Skin Friction of Tunnel-Type Anchorage Used in Suspension Bridge Engineering[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(5): 974-981. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.014
Citation: XIAO Shiguo, ZHAO Linzhi. Approximate Analytical Method for Skin Friction of Tunnel-Type Anchorage Used in Suspension Bridge Engineering[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(5): 974-981. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.014

悬索桥隧道式锚碇侧摩阻力近似解析算法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.014
详细信息
    作者简介:

    肖世国(1973—),男,教授,研究方向为边坡与基础工程,E-mail: shgxiao3852@sina.com

  • 中图分类号: TU443

Approximate Analytical Method for Skin Friction of Tunnel-Type Anchorage Used in Suspension Bridge Engineering

  • 摘要: 为了解析计算悬索桥隧道式锚碇的侧摩阻力,基于弹性理论,并考虑锚碇前、后锚端边界条件,建立了锚碇侧摩阻力的计算表达式。首先,根据实际锚碇受力情况建立了锚碇分析模型;其次,在Mindlin解的剪应力一般表达式基础上,引入锚碇前、后锚端剪应力为0的条件以及锚碇的静力平衡条件予以修正,得到锚碇侧摩阻力的解析式;最后,引用模型试验结果验证了解析方法的合理性,并结合工程实例进一步揭示了锚碇侧摩阻力的分布规律. 研究结果表明:锚碇摩阻应力沿轴向呈单峰曲线分布模式,解析计算与三维数值模拟的最大摩阻应力平均误差约为8.5%;当主缆拉力较小(1倍设计缆力)时,锚碇自重可导致较小的侧摩阻力;当主缆拉力较大(3.5倍设计缆力)时,锚碇自重对侧摩阻力影响相对减弱;随着主缆拉力逐渐增大,锚碇侧表面可能出现局部剪切破坏,侧摩阻力将产生重分布.

     

  • 图 1  隧道式锚碇一般受力模式

    Figure 1.  General mechanical mode of a tunnel-type anchorage

    图 2  试验模型示意

    Figure 2.  Sketch map of a cited test model

    图 3  试验模型锚碇轴向压应力分布曲线

    Figure 3.  Distribution curves of axial compressive stress on cross section of the anchorage model

    图 4  不同缆力工况下锚碇侧表面摩阻应力分布

    Figure 4.  Distribution curves of skin friction stress on anchorage surface under various tension forces on main cable

    图 5  边坡三维数值模型

    Figure 5.  Three-dimensional numerical simulation model for the practical slope

    图 6  主缆拉力为3.5P锚碇侧表面摩阻应力分布

    Figure 6.  Distribution curve of skin friction stress on anchorage surface under tension force on main cable of 3.5P

    图 7  不同荷载工况下锚碇侧表面摩阻应力与抗剪强度分布曲线

    Figure 7.  Distribution curves of skin friction and shear strength on anchorage surface under various tension forces on main cable

    图 8  在7P缆力情况下锚碇侧表面应力重分布曲线

    Figure 8.  Redistribution curve of skin friction stress under tension force on main cable of 7P

    图 9  临塑状态时摩阻应力分布曲线

    Figure 9.  Distribution curve of skin friction stress if the point maximum shear stress acts on is in critical state

    图 10  不同缆力下锚碇轴力分布曲线

    Figure 10.  Distribution curves of axial force on the anchorage under various tension forces on main cable

    表  1  锚碇的相关参数

    Table  1.   Main parameters of anchorage

    弹性模量
    /MPa
    泊松比 重度
    /(kN•m–3
    前锚面
    直径/m
    后锚面
    直径/m
    轴线与水平面
    倾角/(°)
    几何放大角
    /(°)
    前锚面距坡面
    深度/m
    前后锚面
    间距/m
    31 500 0.2 25 15.7 19.0 36 2.06 117.9 39.2
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    表  2  围岩的相关参数

    Table  2.   Main parameters of surrounding rock

    弹性模量/MPa 泊松比 重度/(kN•m–3 内摩擦角/(°) 黏聚力/kPa 锚碇-围岩界面综合摩擦因数
    16 500 0.2 26 40 1 000 0.577
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    表  3  锚碇边坡岩土体物理力学参数

    Table  3.   Rock and soil properties of the slope with anchorage in the practical engineering

    坡体材料 黏聚力/kPa 内摩擦角/(°) 重度/(kN•m–3 弹性模量/MPa 泊松比
    含砾黏土 30 25 19 20 0.38
    漂卵石层 15 38 22 300 0.20
    强风化闪长岩 250 37 25 500 0.23
    中风化闪长岩 1 500 45 26 19 800 0.20
    强风化蚀变二长花岗岩 250 30 25.5 600 0.23
    中风化蚀变二长花岗岩 1 000 40 26 16 500 0.20
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  • 收稿日期:  2017-07-12
  • 刊出日期:  2018-10-01

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