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钢箱提篮拱桥吊杆锚固系统受力特性研究及优化分析

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钢箱提篮拱桥吊杆锚固系统受力特性研究及优化分析

作者：张浩华中科技大学

学位级别：硕士

在钢箱提篮拱桥大跨度化背景下,对连接主梁与拱肋的主要部件吊杆锚固系统进行深入研究具有重要的工程参考意义。本研究以某大跨度钢箱提篮拱桥为工程依托,对其最大索力作用时的吊杆锚固系统进行了受力特性研究和优化分析。本文主要研究... 详细信息

在钢箱提篮拱桥大跨度化背景下,对连接主梁与拱肋的主要部件吊杆锚固系统进行深入研究具有重要的工程参考意义。本研究以某大跨度钢箱提篮拱桥为工程依托,对其最大索力作用时的吊杆锚固系统进行了受力特性研究和优化分析。本文主要研究内容如下:(1)采用有限元计算的方法对该桥最大索力作用时吊杆锚固系统进行了受力特性仿真分析。研究表明:耳板和吊杆横隔板是吊杆锚固系统中主梁锚固区和拱肋锚固区关键的传力构件,耳板孔内壁和销轴侧壁上有明显的应力集中现象,吊杆横隔板以锚垫板为中心成马鞍状内弯变形,锚垫板覆盖范围与下加劲肋空间布置之间的关系对拱肋锚固区变形影响较大。(2)在受力特性基础上对锚固区设计参数进行了敏感性分析,筛选出对于结构应力、变形以及材料用量起到控制性作用的参数,为后文优化分析做前期准备。研究表明:在主梁锚固区,耳板孔直径、加劲环外径、耳板厚度、加劲环厚度是耳板应力与材料用量的控制性参数;在拱肋锚固区,锚垫板厚度、锚垫板外直径、上下加劲肋板厚度、上加劲肋倒角半径、下加劲肋间距是吊杆横隔板应力、变形以及材料用量的控制性参数。(3)采用基于响应面的多目标寻优算法和加权赋值的筛选方法对吊杆锚固系统进行了旨在增加结构安全度和经济性的优化分析,主梁和拱肋锚固区综合优化幅度分别达到了14%和7.3%。研究表明:该方法应用于此锚固结构可取得显著的优化效果;基于“最佳空间填充设计法-遗传聚合响应面”和“中心复合设计法-Kriging响应面”的多目标遗传优化算法适用于实际工程中类似结构的优化设计。

关键词：钢箱提篮拱桥锚固结构受力特性参数敏感性分析结构优化

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预应力锚索的工作机理及长期有效性评价

预应力锚索的工作机理及长期有效性评价

作者：张海鹏长江科学院

学位级别：硕士

随着中国经济的飞速发展，各类水利水电工程的大量兴建，岩土工程（边坡、地下洞室等）的长期稳定性问题越来越受到人们的重视。预应力锚索是岩土工程加固的主要措施之一，锚固结构的长期有效性往往决定了岩土工程的长期稳定性。水利水... 详细信息

随着中国经济的飞速发展，各类水利水电工程的大量兴建，岩土工程（边坡、地下洞室等）的长期稳定性问题越来越受到人们的重视。预应力锚索是岩土工程加固的主要措施之一，锚固结构的长期有效性往往决定了岩土工程的长期稳定性。水利水电工程一般属于大型工程，其设计使用寿命长达百余年甚至更久远，锚固结构能否在水利水电工程设计使用寿命内正常发挥作用，是目前工程界面临的难题。锚固结构的设计计算理论已较为成熟，但在其长期有效性和长期稳定安全性评价方面的研究工作却较少见。因此，加强锚固结构的长期有效性研究，是一项十分紧迫的工作。本文以预应力锚索的作用机理为研究基础，以岩土工程（边坡、地下洞室等）为研究对象，对锚固结构进行长期有效性进行研究，以期获得较为符合实际的计算分析和安全评价理论，满足工程实际的需要，更好地为工程建设服务。本文取得的主要结论和成果如下：(1)从工程实际中预应力锚索锚固段黏结应力的非均匀分布特性出发，提出了锚固段黏结剪应力非均匀分布的理想弹塑性模型。一般情况下预应力锚索预应力损失包括两部分：其一是锚索张力锁定后，在较短时间内由于锚索体系的回弹变形、施工与设计等人为因素所造成的预应力损失量（短期）;另一部分是预应力锚索在长期荷载作用下，由于灌浆材料的徐变、锚固段周围岩体蠕变以及循环荷载、腐蚀介质等原因造成的预应力损失（长期）。同时研究得出了不同影响因素对预应力损失的影响机理。(2)通过收集整理多个已建水利水电工程中预应力锚索的张拉力监测数据，研究分析预应力锚索张拉力的变化特点，得出了预应力锚索锚固工程的预应力长期变化规律;揭示了预应力锚固结构运行期张拉力变化呈大循环（大变幅、低频率）周期性组合和小循环（小变幅、高频率）周期性组合的主要特点。(3)建立循环加载试验模型，研究了循环荷载作用下锚固结构的耐久。结果表明，随着荷载变幅的增大，最终循环次数呈指数形式衰减。(4)建立室内加速腐蚀试验模型，研究了腐蚀介质作用下锚固结构的耐久性。得出了预应力锚筋在不同的应力水平、材质、时间、PH值等影响因素作用下的单位长度腐蚀量、断面损失率等，同时建立了单位长度腐蚀量与各影响因素之间的关系曲线，并验证了其合理性。(5)研究了预应力锚索锚固结构失效概率与预应力变化幅度、流变等的关系，建立了预应力锚索锚固结构长期有效的可靠性评价方法。以圆形隧洞的高强预应力锚固结构为研究对象，采用基于改进蒙特卡罗法的MATLAB—ABAQUS联合实现的有限元可靠度计算程序，对圆形隧洞的高强预应力锚固结构的可靠性进行了计算分析和评价，并对锚固体在不同时间流变下失效概率的量值进行了趋势对比分析。结果表明，锚固体失效概率随着围岩体流变时间的增长而逐渐增加，随着预应力变化幅度的提高失效概率迅速减小。

关键词：预应力锚固结构长期有效性循环荷载试验加速腐蚀试验耐久性可靠度

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外错式巷道围岩稳定性控制研究

外错式巷道围岩稳定性控制研究

作者：刘勇洪太原理工大学

学位级别：硕士

本文运用理论分析、数值模拟、相似材料模拟实验、现场测试方法,对厚煤层分层开采条件下,下分层巷道外错式布置时,巷道围岩稳定性控制进行了全面系统的研究,提出了外错式巷道可能的支护形式并确定了其支护参数。通过数值模拟,分析了外... 详细信息

本文运用理论分析、数值模拟、相似材料模拟实验、现场测试方法,对厚煤层分层开采条件下,下分层巷道外错式布置时,巷道围岩稳定性控制进行了全面系统的研究,提出了外错式巷道可能的支护形式并确定了其支护参数。通过数值模拟,分析了外错巷道在不同支护形式及技术参数下的支护效果,同时与五阳矿的工程实例相结合,提出了五阳矿外错巷道围岩稳定性控制的整体方案,确定了各项技术参数,并分析了在技术、经济上的可行性、合理性。本文提出的外错式巷道围岩稳定性控制整体方案,不仅解决了五阳矿分层开采提出的实践问题,而且,也可用于指导其它生产矿井,外错式回采巷道围岩稳定性控制、减少巷道维护费用、提高生产率,也为复杂围岩条件下的岩层控制补充了新的内容。

关键词：外错式巷道锚固结构围岩控制支护参数

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预应力锚固系统长期耐久性及其影响因素研究

预应力锚固系统长期耐久性及其影响因素研究

作者：王金超中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

预应力锚固结构自上世纪五十年代引入我国,并得到迅速发展,目前锚固技术已在采矿、交通、水利、市政等工程行业中得到广泛应用,在我国的重大大型基础建设项目中都能见到预应力锚固结构应用的影子。但目前对预应力锚固系统的长期耐久性... 详细信息

预应力锚固结构自上世纪五十年代引入我国,并得到迅速发展,目前锚固技术已在采矿、交通、水利、市政等工程行业中得到广泛应用,在我国的重大大型基础建设项目中都能见到预应力锚固结构应用的影子。但目前对预应力锚固系统的长期耐久性研究较少、认识还不足,不了解锚固结构在岩土内部的腐蚀变化情况,更无法评估锚固结构的健康状况、预测使用寿命。本文依托于国家重点基础研究发展计划(973计划)项目《大型水利水电工程高陡边坡全生命周期性能演化与安全控制》之子课题《高陡边坡岩体锚固机理与性能演化特征》。为研究预应力锚固系统长期耐久性,发现锚固结构的腐蚀变化规律或特点,指导生产实践,本文重点分析了岩土锚固结构腐蚀影响因素,采用对实际工程进行实地调研和对已腐蚀锚杆进行实验室研究的方法进行研究,得出预应力锚固结构随时间的腐蚀变化特点,并提出工程实地研究岩土锚固结构腐蚀程度的研究方法及其腐蚀程度评价的参考标准。1.通过调研国内外岩土锚固工程结构应用研究进展,分析影响锚固结构耐久性的环境因素,建立预应力锚固系统长期耐久性研究总体框架。2.通过开展矿山锚固工程实地调研与取样,分析影响锚固结构耐久性的环境因素,评价工程实地预应力锚固结构的健康状态及其岩土环境的腐蚀性。提出工程实地研究岩土锚固结构腐蚀程度的方法及腐蚀程度评价参考标准。3.开展室内试验研究,测试锚固结构腐蚀破坏程度及破坏原因,提出预应力锚固结构在岩土环境中的腐蚀变化规律及特点

关键词：锚固结构腐蚀因素长期耐久性腐蚀规律

大南湖矿弱胶结富水顶板巷道围岩控制技术研究

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大南湖矿弱胶结富水顶板巷道围岩控制技术研究

作者：李思超中国矿业大学

学位级别：硕士

哈密大南湖矿具有西部矿区的典型特征,巷道顶底板多为弱胶结岩层,围岩胶结性差、强度较低,在顶板含水层的影响下围岩强度进一步弱化,导致巷道支护困难,影响矿井安全高效开采。因此,本文结合大南湖矿生产实际,综合采用实验室试验、理论... 详细信息

哈密大南湖矿具有西部矿区的典型特征,巷道顶底板多为弱胶结岩层,围岩胶结性差、强度较低,在顶板含水层的影响下围岩强度进一步弱化,导致巷道支护困难,影响矿井安全高效开采。因此,本文结合大南湖矿生产实际,综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟以及现场实测等方法,开展弱胶结富水顶板巷道围岩控制技术研究,取得如下研究成果:(1)通过现场观测和实验室试验得到了富水顶板含水层层位特征和水作用下弱胶结岩体物理力学性质变化规律。弱胶结岩体含有大量吸水性、膨胀性粘土矿物,内部存在众多的孔洞、裂隙,在水作用下易泥化、崩解、风化,导致岩体强度弱化,单轴抗压强度、内聚力、内摩擦角等参数随岩体含水量的增加逐渐衰减,建立了岩体力学参数与含水量间的函数关系。(2)研究得到了水作用下巷道围岩稳定性变化规律,确定了顶板含水层是引起弱胶结富水顶板巷道变形破坏的关键因素。顶板岩层含水量的增加导致巷道变形加剧,塑性区向围岩深部扩展,浅部围岩承载能力降低,两帮应力集中区范围扩大。(3)分析了围岩不同含水状态下支护应力场分布特征、围岩有效压应力作用范围和锚杆轴力变化规律,揭示了顶板水对锚固结构可靠性的弱化作用。围岩含水量的增加不利于预紧力的扩散,导致锚杆支护在围岩中产生的压应力作用范围减小、作用强度降低,影响锚固结构的整体性能,弱化锚杆支护强度;通过现场实测得到了水作用下锚杆(索)锚固性能随时间的衰减规律。(4)根据巷道顶板含水层特征对巷道进行分类,针对巷道的不同特征确定了相应的支护形式和支护参数,并采用必要的疏水与堵水措施减少水对顶板岩层的弱化,形成了弱胶结富水顶板巷道围岩分段控制技术。研究成果在大南湖矿111801运输顺槽成功应用,取得了良好的技术经济效果。

关键词：弱胶结岩层富水顶板强度弱化锚固结构分段控制技术

提高锚固体抗环境水侵蚀的注浆用水泥基砂浆的研究

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提高锚固体抗环境水侵蚀的注浆用水泥基砂浆的研究

作者：黄海中南大学

学位级别：硕士

武广客运专线韶关至花都段的边坡工程中，采用锚杆、锚索提高岩土工程稳定性及解决复杂岩土工程问题。锚固结构不但要求强度较高，其耐久性也是保证工程质量和使用寿命的重要因素。而改善灌浆材料的性能是提高锚固结构耐久性最根本和最... 详细信息

武广客运专线韶关至花都段的边坡工程中，采用锚杆、锚索提高岩土工程稳定性及解决复杂岩土工程问题。锚固结构不但要求强度较高，其耐久性也是保证工程质量和使用寿命的重要因素。而改善灌浆材料的性能是提高锚固结构耐久性最根本和最经济有效的方式。由于锚固结构的特点，灌浆材料的耐久性与水泥砂浆的工作性能、收缩变形性能、抗硫酸盐侵蚀性能、抗氯离子侵蚀性能等有关。本文通过对灌浆材料(水泥砂浆)组成和性能的研究，提出改善锚杆(索)抗环境水侵蚀性能的方法。本文采用粉煤灰、矿渣、硅灰等作矿物掺合料，并以一种水溶性树脂作增稠剂，通过流动扩展度、自收缩、长期浸泡及干湿循环、RCM氯离子扩散系数、钢筋腐蚀电位等试验，测试砂浆的流动性、7d自收缩值、浸泡在2000ppmSO溶液中砂浆试件的抗折强度和体积变化、24h氯离子渗透深度及扩散系数、钢筋在砂浆中的腐蚀电位，研究各组成材料对砂浆各项耐久性指标的影响规律、改善效果和机理。试验结果表明，矿物掺合料掺入后，因为和水泥颗粒形成了级配体系，并具有降低砂浆孔隙率、优化孔结构、稀释CA含量等作用，对提高砂浆耐久性有显著作用。改善效果上，流动性、自收缩变形、抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子渗透方面粉煤灰优于矿渣;钢筋防锈蚀能力矿渣优于粉煤灰;硅灰因其巨大的表面积具有很大表面能，对于砂浆流动性和收缩变形性能是不利的。矿物掺合料总掺量在30％～40％为宜，且粉煤灰和矿渣双掺效果最好。水溶性树脂作为增稠剂掺入后，引入了少量微小气泡，能改善砂浆流动性和匀质性;并且优化砂浆内部孔结构，减缓水泥水化反应速度，在一定掺量内，对砂浆抗硫酸盐侵蚀、自收缩、抗氯离子侵蚀方面均有改善作用;适当掺量时对钢筋腐蚀电位无明显影响，掺量过大会有所下降。综合考虑，水溶性树脂掺量为0.5％时，对于改善砂浆耐久性有较为明显的作用，掺量过大则改善效果不明显或有不利影响。通过上述研究，采用0.5％水溶性树脂和30％～40％的矿物掺合料(粉煤灰、矿渣双掺)复掺能有效改善灌浆材料的耐久性各项指标，提高锚固结构工程安全性和使用寿命。开发了可用于武广客运专线韶关至花都段的边坡工程的锚固体灌浆砂浆。

关键词：锚固结构灌浆材料抗地下水侵蚀水溶性树脂矿物掺合料

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连续梁桥0号块临时固结设计与检算

黄河水利职业技术学院学报 2021年第3期33卷 40-45页

作者：陈欣施小明王娟玲黄河水利职业技术学院河南开封475004

在连续梁桥施工过程中,为防止主梁发生倾覆,需在0号块处进行墩梁固结。以一座跨度为(72+128+72)m的连续梁桥为例,设计了墩梁临时固结方案,并对其进行了抗倾覆稳定性检算,分析了临时锚固结构体系构造要求。

关键词：连续梁桥临时固结方案设计抗倾覆稳定性检算锚固结构构造要求

水浸与周期荷载耦合下CFRP锚固系统的耐久性分析

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华侨大学学报（自然科学版） 2021年第4期42卷 457-464页

作者：朱万旭黄宗宁桑润辉杨龙桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004 桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004

借助光纤布拉格光栅(FBG)传感器,在不同浸润时间下,对碳纤维复合材料(CFRP)锚固结构进行周期荷载实验,探究水浸与周期荷载下CFRP锚固结构的耐久性.试验结果表明:随着循环次数的增加,环氧体塑性变形减小,并趋于稳定;水浸与周期荷载作用下... 详细信息

借助光纤布拉格光栅(FBG)传感器,在不同浸润时间下,对碳纤维复合材料(CFRP)锚固结构进行周期荷载实验,探究水浸与周期荷载下CFRP锚固结构的耐久性.试验结果表明:随着循环次数的增加,环氧体塑性变形减小,并趋于稳定;水浸与周期荷载作用下,锚具内CFRP筋发生变形,但无脱锚现象发生;CFRP筋与环氧体界面受水浸环境影响小,筋材表面无腐蚀.

关键词：锚固结构 CFRP筋水浸环境周期荷载耐久性光纤布拉格光栅(FBG)传感器

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宁波新典桥主桥设计

城市道桥与防洪 2022年第10期 76-80,M0009页

作者：陈何峰赵炜同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司上海市200092

宁波新典桥以“甬”为设计立意:主拱的线条寓意“甬山”,行人步道的线条寓意“甬水”两者组合一个整体,形成一个“甬动山水”整体意向。创造性地采用带有悬挑慢行系统的下承式系杆拱桥,跨径213 m(桥长221.6 m),拱轴线采用1.7次抛物线,... 详细信息

宁波新典桥以“甬”为设计立意:主拱的线条寓意“甬山”,行人步道的线条寓意“甬水”两者组合一个整体,形成一个“甬动山水”整体意向。创造性地采用带有悬挑慢行系统的下承式系杆拱桥,跨径213 m(桥长221.6 m),拱轴线采用1.7次抛物线,拱肋采用六边箱型截面,拱肋上设置两组风撑,每组三道。系梁采用单箱单室断面,与正交异性桥面系采用焊接连接。悬挑慢行系统布置在主梁两侧,主要包括三个部分:副拱(装饰拱)、挑臂系统、挑臂人行道系统。主梁端部设置牛腿支撑引桥。拱上梁上锚固均采用吊耳构造,吊杆采用抗拉强度1 860 MPa的填充型环氧涂层钢绞线。主墩下采用钻孔灌注桩(摩擦桩)。

关键词：下承式系杆拱桥悬挑慢行系统风撑锚固结构牛腿桥梁设计 BIM正向设计