預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計計算課件

預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計計算中鐵西北科學(xué)研究院目錄錨索樁的結(jié)構(gòu)特點主要設(shè)計計算方法及發(fā)展錨索樁的工況條件抗滑樁的全樁計算樁頭錨索的確定與優(yōu)化計算實例要點提示錨索樁的結(jié)構(gòu)特點預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是中鐵西北科學(xué)研究院（原鐵道部科學(xué)研究院西北研究所）于20世紀80年代研究開發(fā)的一種新型抗滑樁結(jié)構(gòu)形式，其基本結(jié)構(gòu)改進是在普通抗滑樁的樁頭部位設(shè)置一孔或多孔預(yù)應(yīng)力錨索。這種新型抗滑樁結(jié)構(gòu)的突出特點是改變了普通抗滑樁的懸臂錨固梁柱結(jié)構(gòu)為近似彈性支座簡支梁柱結(jié)構(gòu)，使其樁身受力狀態(tài)更趨合理，并具有主動加固滑坡體的作用和功能。由于其結(jié)構(gòu)優(yōu)化、造價節(jié)省且工程效果顯著，因此在鐵路、公路及其它工程建設(shè)領(lǐng)域滑坡病害治理工程實踐中獲得了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。簡化工況法簡化工況法是直接將錨索預(yù)應(yīng)力作為外荷載施加在樁頭上，與滑坡推力一起按靜力問題計算滑面以上樁身內(nèi)力及滑面處的剪力和彎矩，而滑面以下樁體內(nèi)力計算與普通抗滑樁有關(guān)計算相同。這類計算方法沒有考慮錨索與樁體的變形協(xié)調(diào)及其歷時工況條件，認為錨索的拉力就是所施加的預(yù)應(yīng)力在工作過程中其值保持不變或最終設(shè)計拉力狀態(tài)。這種方法計算較簡單，但由于在滑坡推力作用下未考慮錨索與樁的協(xié)調(diào)變形以及歷時荷載作用過程，必將存在工程經(jīng)濟或風(fēng)險問題。時步工況法這類計算方法的主要特點是考慮或體現(xiàn)預(yù)應(yīng)力錨索與抗滑樁體的變形協(xié)調(diào)機制，即樁頭變位與錨索變形相一致。按預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的施工順序和承力步驟計算預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在各相關(guān)工況歷時條件下的樁身變形、內(nèi)力和樁側(cè)應(yīng)力等。時步工況法又分為時步累進計算法和時步疊加計算法。實時工況法實時工況計算法，是在時步工況計算法的基礎(chǔ)上，建立預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁實時工況計算模式，實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁工作全過程的實時動態(tài)解。成樁工況條件抗滑樁樁身灌筑完成之后，樁頭錨索預(yù)應(yīng)力施加之前，一般不考慮滑坡推力的作用(顯著變形活動的滑坡體除外)，其樁身外荷載為樁身前后兩側(cè)的靜止土壓力荷載，如果樁身前后地面高差明顯，則存在不平衡土壓差，將產(chǎn)生樁體的小量變形和樁側(cè)反力，嚴格地說，會影響下一時步的樁體變形和樁側(cè)反力分布。由于考慮這種土壓差較小，且基本已在樁身護壁施工期間通過護壁結(jié)構(gòu)調(diào)整和承擔(dān)，故通常視該成樁工況條件為空載條件。前期滑坡推力作用工況抗滑樁樁身灌筑完成之后，樁頭錨索預(yù)應(yīng)力施加之前，當(dāng)滑坡病害存在顯著的變形活動，必須考慮前期滑坡推力的作用，應(yīng)該說是部分滑坡設(shè)計推力的作用，此時可根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗或現(xiàn)場實測值確定外荷載進行計算。在該時步工況條件下，其外荷載為前期滑坡推力，即前期樁后滑坡推力和樁前滑坡抗力；樁側(cè)地基為滑面以下樁段范圍內(nèi)的線彈性地基支座。其中需要明確的是，前期滑坡推力作用僅當(dāng)滑面以上樁后滑坡推力大于樁前滑坡總抗力時才能產(chǎn)生作用，即部分樁后滑坡推力用于平衡樁前滑坡抗力。預(yù)應(yīng)力錨索鎖定工況抗滑樁樁身灌筑完成并達到設(shè)計強度要求之后，即可對樁頭錨索進行張拉，施加預(yù)應(yīng)力，并按照設(shè)計鎖定拉力值進行鎖定。在該時步工況條件下，其外荷載包括樁頭鎖定預(yù)應(yīng)力、樁前滑坡抗力和前期樁后滑坡推力；樁側(cè)地基考慮為滑面上下全樁段范圍內(nèi)的線彈性地基支座。錨索抗滑樁的實時工況為了解算預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁實時樁身位移、內(nèi)力及樁側(cè)應(yīng)力等動態(tài)力學(xué)參數(shù),就需要建立一個實時工況計算模式。作者基于預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在預(yù)應(yīng)力錨索鎖定前后的承受荷載和樁側(cè)地基反力特征，并通過在鎖定前后即鎖定時建立錨索等效彈簧間斷和變形連續(xù)條件，從而實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的全過程實時工況解。關(guān)鍵技術(shù)對于預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)的實時工況計算，其關(guān)鍵技術(shù)有如下兩個方面：其一是樁側(cè)地基抗力系數(shù)的問題。其二是樁體或錨頭鎖定前后變形的間斷和連續(xù)問題，即錨索等效彈簧的間斷和錨頭位移的連續(xù)。樁側(cè)地基抗力系數(shù)特點樁前與樁后的側(cè)向地基抗力系數(shù)有可能是不相同的，如樁前樁后地面存在明顯高差的情況；當(dāng)樁體位移為正即向樁前變形時應(yīng)取用樁前側(cè)向地基抗力系數(shù)，當(dāng)樁體位移為負或樁體向樁后變形時應(yīng)取用樁后側(cè)向地基抗力系數(shù)；滑面以上與滑面以下樁前側(cè)向地基系數(shù)也有顯著差別，即由于樁后滑坡推力和樁前滑坡抗力計算荷載的假定可以認為滑面以上樁前側(cè)向抗力為零。預(yù)應(yīng)力錨索的實時拉應(yīng)力值樁側(cè)抗力系數(shù)k抗滑樁結(jié)構(gòu)分析全樁解算方法在既有橫向荷載樁相關(guān)計算技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合有限差分法，推導(dǎo)完成了抗滑樁結(jié)構(gòu)分析全樁解算方法，并開發(fā)了一套抗滑樁結(jié)構(gòu)分析計算軟件“Analypile”。全樁法是將抗滑樁結(jié)構(gòu)考慮為一整體結(jié)構(gòu)進行解算，并適用于預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的實時工況條件。有限差分解預(yù)應(yīng)力錨索的等效與簡化抗滑樁結(jié)構(gòu)分析計算程序Analypile困難和局限上述方法大多以經(jīng)驗為主或者結(jié)合求解便利與工程利弊考慮，缺乏明確的工程意義、確定原則和系統(tǒng)方法，在工程實踐中存在一定的困難和局限?；陬A(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的實時工況和全樁解，特別是配合開發(fā)的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)分析計算軟件“Analypile”的Excel平臺，便于規(guī)劃求解，從而可以較為合理的解決預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計拉力及其鎖定值的確定原則和方法。優(yōu)化確定法優(yōu)化目標可變單元約束條件樁體兩側(cè)最大彎矩之和為最小錨索設(shè)計拉力樁頂位移滿足工程要求；樁側(cè)應(yīng)力滿足地基容許應(yīng)力要求；前期滑坡推力作用時樁后最大彎矩小于最終狀態(tài)樁后彎矩；錨索鎖定時樁前最大彎矩小于最終狀態(tài)樁前彎矩。穩(wěn)定性分析與指標反算Fs=1.002滑坡推力計算E＝800kN／m抗滑樁設(shè)計變形、內(nèi)力及樁側(cè)應(yīng)力剪力包絡(luò)圖彎矩包絡(luò)圖