錨索間距的彈性力學(xué)疊加公式在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

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1、錨索間距的彈性力學(xué)疊加公式在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用-->錨索間距的彈性力學(xué)疊加公式在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用摘要：圓筒形預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的錨索間距s和單束錨索張拉力P如設(shè)計(jì)不當(dāng)，往往會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力軸向分布不均勻，預(yù)應(yīng)力施加過程中會出現(xiàn)環(huán)向裂縫。對單束錨索作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力M、Q、omentferentialcracksncasingstructuresiftheprestressingforcePandtendon’sspacingsechanicstheories,theformulasforcalculatingaxialmomentM,shearforceQ,radialdisplacementationθar

2、ediscussedinthepaper.AsetofsuperpositionformulasfordeterminingtheprestressedforcePandtendon’sspacingsarederivedanddemonstratedulasareinverygoodagreementbeingsmallerthan5%.Thesuperpositionformulaspresentedinthepapercanbeusedtodeterminetheprestressingforceandtendon’sspacingncasingstructure;tendonspac

3、ing;fieldtest;proximityeffectzone1概述圓筒形預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，如儲倉、水池和隧洞襯砌等[1~3]。在圓筒形預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，錨索間距s和單束錨索張拉力P是環(huán)向預(yù)應(yīng)力的數(shù)值σ確定后需慎重確定的兩個重要參數(shù)若單束錨索張拉力P大，錨索間距s也大，這樣有利于減少錨具數(shù)量，降低工程造價，簡化施工，但錨索張拉力P取值過大，往往會產(chǎn)生過大的軸向次生應(yīng)力，從而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力施加過程在錨索位置的內(nèi)側(cè)混凝土表面產(chǎn)生環(huán)向裂縫。因此，確定適宜的錨索間距是圓筒形預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容[3]。這里首先提出一個鄰錨效應(yīng)區(qū)的概念，所謂鄰錨效應(yīng)區(qū)，是指某束錨索張拉時所產(chǎn)

4、生的筒壁法向位移，內(nèi)徑6.50m，錨索間距0.50m，錨索由8根7×Ф5的高強(qiáng)低松弛無粘結(jié)鋼絞線組成，單束錨索設(shè)計(jì)張拉力為1674kN。鋼絞線沿洞周雙圈環(huán)繞，錨具槽分兩排沿隧洞軸線方向?qū)ΨQ布置在襯砌底部，相鄰兩個錨具槽的圓心夾角為90o。在進(jìn)行1:1結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)時將錨索張拉力一次施加到位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在錨索位置的襯砌內(nèi)側(cè)產(chǎn)生了環(huán)向裂縫，經(jīng)計(jì)算分析是單束錨索張拉時軸向彎矩在襯砌內(nèi)側(cè)表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度所致。后在實(shí)際施工時采用二次分步張拉法，即先把左側(cè)一排錨具槽中的錨索張拉至設(shè)計(jì)張拉力的50%并暫時鎖定，然后張拉右側(cè)一排錨具槽中的錨索至設(shè)計(jì)張拉力的100%。最后再把左側(cè)一排錨具槽中

5、的錨索從50%張拉至100%。采用如此的張拉程序后，2000多米的預(yù)應(yīng)力襯砌沒有出現(xiàn)一條環(huán)向裂縫[5]。從式(5)可知，鄰錨效應(yīng)區(qū)的大小只與圓筒半徑R和壁厚t有關(guān)，為此在該工程的施工過程中利用永久儀器觀測段埋設(shè)的混凝土應(yīng)變計(jì)和鋼筋計(jì)，通過記錄張拉每束錨索時觀測儀器的變化情況，對鄰錨效應(yīng)區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場測定，儀器觀測段的錨索布置如圖2所示，其中M3為儀器觀測斷面。其結(jié)果如表1和圖3所示。可以看出，在張拉觀測儀器所在斷面的M3錨索時，觀測儀器的應(yīng)變變化量最大，張拉M3左右相鄰錨索時，觀測儀器的應(yīng)變變化量依次減小，-->在張拉儀器觀測斷面右側(cè)第6根錨索時，觀測儀器的應(yīng)變變化已經(jīng)很小，椐此可知鄰錨效應(yīng)區(qū)

6、的范圍約為距錨索處3.30m左右(錨索M1位于澆筑塊的邊緣，不宜作為分析依據(jù))。根據(jù)彈性力學(xué)近似公式計(jì)算的結(jié)果為3.50m，二者相差約為5%。考慮到彈性力學(xué)公式的計(jì)算假定(薄壁無矩，圓筒周邊無約束)與實(shí)際情況的差異，可以認(rèn)為計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果是比較吻合的。4小結(jié)在進(jìn)行圓筒形預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)合理地確定錨索張拉力和錨索間距，以保證結(jié)構(gòu)受力均勻、張拉過程中不會因軸向拉應(yīng)力梯度過大而出現(xiàn)環(huán)向裂縫。本文根據(jù)彈性力學(xué)薄壁柱殼無矩理論，對圓筒形預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的鄰錨效應(yīng)區(qū)及錨索間距的計(jì)算方法進(jìn)行了初步探討，并與工程實(shí)例的觀測結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果是吻合的，二者相差不超過5%。實(shí)際計(jì)算時

7、，可根據(jù)本文提出的疊加公式(6)~(9)優(yōu)化確定錨索張拉力和錨索間距。