预应力锚索荷载分布机理原位试验研究

１ 引言
预应力混凝土结构中支承锚具荷载并将其传 递 给结构 的局部 区域 ，称做 “ 固 区” 。该 区域 锚
受 集 中力 作用 ，局部 应力分 布复 杂 ，纵 向和横 向 应 变都会 发生 ，相应 的裂缝 可 能随之 出现 ，影响
构 内的部分 ， 包含锚固区 ，都归结构设计负责 ， 应 符合结 构设计 规 范 。锚垫 板及其 下方 的抗裂 钢
浙江富 阳 ３ ０ １４ ２） １
１０ １ ２杭州浙锚预应力有 限公 司 ００３
要： 预应力筋锚固区的承载能力如何确定 ，是 中外业界长久以来 十分关注 的问题 ，国外的技术标 准要求
采用对试件加压力 的试验方法进行验证 ，中国的惯 例是 混凝 土结构以 内的埋入件及抗裂钢筋 由结构设计者 负责设计 ，结构 以外 的锚具 由锚具制造者 负责 达到标 准。但 整套的夹片式锚具却包含 了结构体外 的锚具 和 用于结构体 内的配套零件 ，形成 了分 管不清的局面 。从２ １年 ｌ月起 ，中国的行业标准Ｊ Ｊ５ ２ １ 预应 ００ ０ Ｇ ８— ０ ０《 力筋用锚具 、夹具 和连接器应用技术 规程 》首先提出在进场验收锚具时 ，如果锚垫板是铸造型 的 ，锚具生 产厂应进行锚 同区传力性能试验 ，结构设计方认 为锚固区传力性能不能满足要求时也可能进行这项试验 ， 该标准与美 国后张预应 力学会 （ Ｔ ）的验收标准基本一致 。２ ｌ年３ ＰＩ Ｏ １ 月中 国交通部发布 了 《 公路桥梁预应 力钢绞线用锚具 、夹具 和连接器 》 （ Ｔ Ｉ ２ — ０ ０ Ｊ 厂 ３ ９ ２ １ ）行业标准 ，要求锚下垫板 的构造尺 寸应 能将 预应力 可 ’ 靠地从锚具传递到混凝土构件 中。该标准 的规定一 Ｉ １９关 于荷 载传递试验要求基本相 同。但是中国的业 ＮＦＰ ９ ３ 界对 “ 荷载传递试 验” 比较 陌生 ，不太了解如何进行这项试验 。今后 的国内外工程 （ 如高铁 、高速 ），特 别是 国外用户 可能要求 锚具 生产厂提供此项试验证 明，锚具生产方和结构设计方都需要直 面应对 。本 文就 是在这种形势下汇总 了国内外 的试验概念 、试件制作 、试验方法和要求 ，给业内人员提供一个 概括 的资讯。 关键 词 ： 预应力筋锚固区 锚具 锚垫板 螺旋筋 荷载传 递 混凝 土棱柱体试件

收稿日期:2009-07-17作者简介王德发(),男,陕西蒲城人,工学硕士,毕业于西安科技大学,现就职于内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司,主要从事煤矿设计及矿山压力方面的研究。

预应力锚索锚固效果的试验分析研究王德发1,杨永刚2,颉明军3,张海燕4(1.内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司,内蒙古　呼和浩特　010010;2.安徽省煤炭科学研究院采矿支护中心,安徽　合肥230001;3.内蒙古建筑职业技术学院,内蒙古　呼和浩特　010070;4.解放军电子工程学院基础部,安徽　合肥　230037)摘　要:通过理论分析锚固段应力分布弹性解和数值模拟计算,表明预紧力、孔径、锚固剂弹性模量和岩石弹性模量等影响因子对锚固段受力影响程度和方面各不相同,例如预紧力和锚固剂弹性模量的影响程度大于其他因子;锚索孔径对其剪应力分布产生影响而对轴力无影响等。

锚索轴力和剪应力分布均呈指数关系从锚固端向内逐渐递减,峰值点位于锚固起始端,而锚固段周边剪应力的分布是不均匀的,峰值位于锚固端约0.25m 深度内。

关键词:预应力;孔径;弹性模量 中图分类号:TD353 文献标志码:C 文章编号:1008-0155(2009)06-0056-03 由于树脂锚索具有长度大、柔性灵活、承载能力高、安装简便和早期承载等优点,已经成为煤矿巷道顶板支护的最新方式。

在较差的围岩条件下,尤其在交叉点、断层带和受采动影响难以支护的巷道中,为提高支护强度和效果,目前基本上均采用锚索作加强支护。

但根据大量的现场观测发现,巷道中尤其在支护困难地段均存在大量的锚索的破断、失效等情况,引起锚索支护失效的原因很多,如地质条件、应力条件、钻孔尺寸、锚固剂参数、预紧力、水、锚索表面油污等。

近年来,许多学者采用现场测试、物理模型试验、理论分析及数值模拟等不同方法对预应力锚索的锚固效应进行了研究。

汪海滨等通过试验及数值模拟,分析了锚固长度、自由长度、注浆性质等对抗拔力和破坏形态的影响[1]李铀等通过仿真试验及数值计算,强调连成片的压应力子承载区,重点应放在压密原岩的裂隙,实现悬吊临空易滑动垮落的岩体[2];薛亚东等根据试验室研究,得到孔径、水等对锚索锚固力有影响[3]。

岩质边坡预应力锚杆（索）应力分布规律及工程应
用研究的开题报告
摘要：
岩质边坡的稳定性是岩土工程中的一个重要问题，而预应力锚杆（索）作为一种有效的加固措施得到了广泛应用。

本文主要针对岩质边坡预应力锚杆（索）的应力分布规律及其工程应用进行研究。

在文献综述部分，我们首先介绍了国内外相关学者在岩质边坡稳定性和预应力锚杆（索）方面的研究现状和进展。

通过对相关研究的归纳总结，我们得出结论：预应力锚杆（索）作为一种有效的加固措施，其应力分布规律对于岩质边坡的稳定性具有重要影响，因此对其进行深入研究具有重要意义。

接着，我们介绍了本文的研究内容和研究方法，主要包括岩质边坡稳定性分析和预应力锚杆（索）应力分布规律分析。

在稳定性分析中，我们采用了有限元方法，对岩质边坡在不同边坡角度和不同荷载情况下的稳定性进行了分析；在应力分布规律分析中，我们通过数值模拟和理论分析的方法，研究了预应力锚杆（索）在岩体内的应力分布规律。

最后，我们提出了本文的研究意义和研究目标。

本研究旨在通过对预应力锚杆（索）应力分布规律的研究，为岩质边坡稳定性分析和预应力锚杆（索）设计提供理论基础和实践指导，以提高预应力锚杆（索）在岩质边坡加固中的应用效果。

关键词：岩质边坡；预应力锚杆（索）；稳定性；应力分布规律；有限元方法；数值模拟。

2、应力峰值与锚固长度有关
预应力锚索锚固段的应力峰值与锚固长度有着密切的关系。在一定范围内， 随着锚固长度的增加，应力峰值会减小。这是因为随着锚固长度的增加，锚固段 可以更好地分散承载，从而降低了应力峰值。但当锚固长度过长时，应力峰值反 而会增大，这是因为过长的锚固段会导致约束增大，限制了中间部分的自由伸缩。
预应力锚索锚固荷载的变化规律
1、温度影响
预应力锚索锚固荷载在不同温度下会产生不同的变化。一般来说，随着温度 的升高，锚固荷载会略有降低，这主要是因为高温会导致混凝土徐变和蠕变增加， 从而影响锚固效果。相反，随着温度的降低，锚固荷载会有所增加，这可能与低 温下混凝土的收缩和冷缩减小有关。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、湿度影响
在预应力锚索中，锚固段的应力分布受到多种因素的影响，如材料性质、锚 固长度、锚固方式等。通过理论分析和实践应用，我们可以得出以下规律：
1、应力分布不均匀
预应力锚索锚固段的应力分布并不均匀，呈现两端高、中间低的趋势。这是 由于锚固段的两端受到约束，无法自由伸缩，而中间部分则可以自由伸缩，因此 应力相对较低。这种现象在工程实践中得到了验证，如桥梁工程中的体外预应力 锚索，其锚固段的应力分布也呈现出类似的规律。
1、实验方案
为了验证预测模型的准确性和实用性，设计了一系列实验进行测试。实验中， 对预应力锚索进行加载，并实时记录锚固荷载的变化。同时，通过控制变量法， 分别考察不同因素（温度、湿度、时间、预应力等）对锚固荷载的影响。
2、实验数据采集
在实验过程中，对预应力锚索的锚固荷载进行了实时监测和记录。在不同因 素条件下，收集了大量的数据。
3、实验结果分析
通过对实验数据的分析，发现预测模型能够较准确地预测不同因素条件下预 应力锚索锚固荷载的变化。模型的预测结果与实际测试数据的误差较小，具有较 高的实用价值。