【正文】 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 12 頁 圖 傳遞系數(shù)法 11E sin c os( ) sini i i i i i i i i iW E S c l? ? ? ???? ? ? ? ? 11s in c o s ( ) s inc o s ii i i i i i i iiRW E c l? ? ? ????? ? ? ? ? 1sin c os ta ni i i i i i i i iW W c l E? ? ? ??? ? ? ? （ ） 式中 cosii iRS ??， iR 為法向反力 ； Ei ——第 i 塊滑體剩余下滑力； 1Ei? ——第 1i? 塊滑體剩余下滑力； Wi ——第 i 塊滑體的自重； Si ——第 i 塊滑床反力； Ri ——第 i 塊滑塊的法向反力； i? ——第 i 塊滑體滑面的傾角； ci 、 i? ——第 i 塊滑體滑面的抗剪強度指標； sF ——邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)； il ——第 i 塊滑體的滑面長度； 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 13 頁 11c os( ) sin( ) ta ni i i i i i? ? ? ? ? ???? ? ? ?， i? 稱為傳遞系數(shù)。 通常情況下，在鐵路支擋規(guī)范中，出于安全考慮，要通過增大下滑力來提高安全系數(shù)，考慮安全系數(shù)后，設計推力應為： 1sin c o s ta ni s i i i i i i i i iE F W W c l E? ? ? ??? ? ? ? （ ） （ 1）若 Ei 為正值，說明邊坡具有下滑力，是不穩(wěn)定的，應該傳遞給下一個滑體；若 Ei 為負值，說明第 i 塊滑體是穩(wěn)定的， Ei 不能傳遞，下一塊計算時按無上一塊推力考慮。 （ 2）如果計算斷面中有逆坡時，即滑面傾角為負值的時候，分塊 siniiW ? 為負值，即它不再是下滑力，而是抗滑力了。推力計算時， siniiW ? 就不該乘以安全系數(shù)sF 。 預應力錨索 框架梁 的 結構組成 預應力錨索框架梁是 20 世紀 90 年代新興的一種 支擋結構，被廣泛運用于鐵路、公路滑坡治理和邊坡加固中。該結構是將鋼筋混凝土框架和預應力錨索這兩種可以單獨使用的結構組合在一起，通過預應力錨索、框架和邊坡巖土的相互作用，共同承受邊坡變形時產生的外力。 預應力錨索框架梁的組成 主要由主體結構和附屬結構兩個部分。其中，主體結構是承受邊坡變形產生的外力的主要受力構件，主要由預應力錨索、框架和邊坡巖土共同組成；附屬結構是指 為保證主體結構正常工作、發(fā)揮主要功能的一些附屬設施，其中包括為了保證土體穩(wěn)定和綠化美化而設置的植被防護結構，排水設施，以及為了保證梁頂平臺穩(wěn)定的頂梁 。這些結構對主體結構長久發(fā)揮穩(wěn)定性有著重要的作用。 作用機理 由土體極限平衡理論得知，邊坡變形后邊坡變形部分在重力 W 作用下，會沿著破裂面向下成滑動趨勢。而在破裂面上存在著阻止變形體下滑的抗力 F 和法向力 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 14 頁 N ，如果變形體在自重作用下的下滑力大于抗力時，變形體就會沿著破裂面向下滑動，此時邊坡就會發(fā)生失穩(wěn)破壞。 預應力錨索框架的作用機理就是在此基礎上通過錨索拉力 iT 共同作用在框架梁上，與破裂面上的摩擦力 F 和法向力 N 共同作用，平衡邊坡下滑產生的下滑力。如圖 所示，預應力錨索主要是承受邊坡下滑產生的下滑力，而框架梁則是使變形體保持整體穩(wěn)定性。 圖 變形體的受力示意圖 預應力錨索產生的錨固力 iT 主要是使破裂面上的法向力 N 增 加，從而使得破裂面上的摩擦力 F 增大，相當于增大了抗滑力。另一方面，框架梁的緊箍作用，使得變形體變得更加固結、穩(wěn)定，相當于減小了下滑力。 結構特點 預應力錨索框架梁在工程中得到了廣泛的應用，自然跟其自身的特點密不可分，其特點主要有： （ 1） 預應力錨索框架梁體系充分利用了邊坡巖體自身的強度； （ 2） 結構容易和其他抗滑結構如抗滑樁等組合使用； （ 3） 結構布置位置靈活，不受地形的限制，適用于高陡邊坡的加固； （ 4） 易于改善邊坡土體的受力狀態(tài)，使邊坡土體趨向處于三向受 力狀態(tài)； （ 5） 減少邊坡開挖量，有效降低了邊坡的開挖高度； （ 6） 施工簡便，技術風險較低； （ 7） 結構輕便，施工速度較快，施工造價低 。 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 15 頁 預應力錨索的設計 預應力錨索的設計包括邊坡錨固力的確定、錨固力的分配、錨索間距和傾角的確定、錨固段長度的確定。要使預應力錨索框架梁發(fā)揮作用，必須將預應力錨索錨固在穩(wěn)定的地層中，其次還要保證結構的整體穩(wěn)定性。 總錨固力的確定 預應力錨索設計時，對于滑坡加固，宜采用錨索預應力（抗滑力）的方法計算，通過邊坡穩(wěn)定性分析、計算滑坡的下滑力從而確定錨固力。對邊坡進行穩(wěn)定性計算的時候，錨 固力可以簡化為作用于坡面上的一個集中力，由《鐵路路基支擋結構設計規(guī)范》確定的方法計算可按下式：如圖 所示 圖 錨固力的簡化計算 s in ( ) ta n c o s ( )d FP ? ? ? ? ?? ? ? ? （ ） 式中 F——滑坡下滑力（ kN）； dP ——設計總錨固力（ kN）； ? ——滑動面內摩擦角（ 176。）； ? ——錨索與滑動面相交處滑動面傾角（ 176。）； ? ——錨索與水平面的夾角。 對單一滑面，式 （ ）計算比較簡單， 對于 折線滑面，計算比較繁雜。實際 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 16 頁 上，路塹邊坡的水平推力對邊坡才具有破壞作用，豎向推力對路塹邊坡的破壞作用很小，故錨索設計錨固力可以簡化計算： cosxd EP ?? （ ） 式中 xE 為邊坡下滑力的水平分量， ? 為錨索與水平面的夾角。 錨固力分配原則 為了簡化計算，需要明確總錨固力是如何分配到各級預應力錨索框架梁上，同時錨固力是如何分配到每一根錨索上的，分配原則如下： （ 1） 根據(jù)現(xiàn)場試驗的規(guī)律，單根錨索的加載對于同一框架上的其他錨索的拉力的影響極小。因此，可以做出結論：作用在同一框架上的總錨固力可以近似的平均分配到各個節(jié)點上的預應力錨索上。 （ 2）同一變形體上的總錨固力是平均分配到各級邊坡預應力錨索上的。 （ 3）同一孔位下的錨固力是平均分配到該孔位下每根預應力錨索上的。 錨索間距與傾角的確定 錨索間距 的確定 應 當以設計 的錨固力能對地基提供最大的張拉力為標準 ， 預應力錨索 存在群錨機制，錨索 間距過大 時，起不到安全錨固的作用 。但 如果 錨索間距過 小時，受群錨 機制 的影響，單根錨索 的 承載力 會 降低 。 根據(jù) 長期施工經驗 ，錨索間距 取值 宜大于 5 倍孔徑。 設計時還應 該 考慮施工偏差 而造成錨索的相互影響。因此 規(guī)范 規(guī)定 錨索間距宜采用 3～ 6m,最小不應小于 。 預應力錨索 與 水平面的夾角稱為錨固角 ， 從施工工藝 方面 考慮，認為錨索 設置方向以水平 向下傾為宜 。 通過技術經濟 的 綜合分析， 按 照 單位長度錨索 能夠 提供抗滑增量最大時的錨索下傾角為最優(yōu)錨固角。 另一種方法按以下經驗公式計算最優(yōu)錨固角 ? ： 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 17 頁 452??? ??? ? ????? （ ） 規(guī)范規(guī)定錨索設計下傾角為 15176?！?30176。 錨固體 的 設計 對 于 拉力型錨索，錨索的 錨固段長度 取值 一般在 4～ 10m 間。 通過大量 試驗研究數(shù)據(jù)， 錨固段必須 置 于良好的 地基之中。 拉力型 錨索錨固段 的 破壞通常是從靠近自由段處開始 的 ，灌漿材料與地基 之 間的 黏 結力逐漸被剪切破壞 。 當錨固段 的長度超過 8～ 10m后，錨固力的增量很小，幾乎不可能提高錨固效果 。 當錨固段 的 計算長度超過 10m 時，通常采用 增大 孔徑或減小 錨索的 間距或增加錨索孔數(shù)等來調 節(jié) 。 錨索的錨固段長度采用 計算值 sal 、 al 中的大值。 （ 1）按水泥砂漿與錨索張拉鋼材黏結強度確定錨固段長度 sal ，即 2stsasuFPl d???? ?? （ ） 當錨索錨固段為棗核狀時， 2stsa uFPl nd???? ? ? ? （ ） （ 2）按錨固體與孔壁的抗剪強度確定錨固段長度 al ，即 2stahFPl d???? ?? （ ） 式中 2sF —— 錨固體拉拔安全系數(shù) ，對于臨時性錨固采用 2 ? ，永久性錨固采用 2 ? ； tP —— 單孔錨固力設計值； sd —— 張拉鋼材外表直徑 （ m） ； d —— 單根張拉鋼材直徑 （ m） ； 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 18 頁 hd —— 錨固體（即鉆孔）直徑 （ m） ； u? —— 錨索張拉鋼材與水泥砂漿的極限黏結應力 ， 按砂漿標準抗壓強度 ckf的 10%取值（ kPa） ； ? —— 錨孔壁對砂漿的極限剪應力 （ kPa） 。 框架梁的設計 目前，計算預應力錨索框架梁的設計理論和設計方法都在不斷的完善和成熟的過程中，結構受力模型主要有： （ 1） 彈性地基框架梁結構模型，此方法主要是基于彈性地基梁的假設，將框架梁下的土體視為彈性地基，將錨索力視為是作用在框架梁的集中力來計算。實際計算時，通?？紤]框架本身的對稱性，對框架梁進行簡化，根據(jù)梁的節(jié)點力的平衡、連續(xù)條件、邊界條件等建立方程組，解得作用于橫梁和縱肋上的力。 （ 2） 剛性支座連續(xù)梁模型，該方法是假設框架梁縱肋和梁底的接觸應力，把預應力錨索作用點視為剛性支座，按照連續(xù)梁進行設計計算。 本次計算主要采用彈性地基梁模型，下面主要介紹其方法。 節(jié)點荷載的分配原則 為了簡化計算，由基礎工程相關知識，當節(jié)點 間距較大時，不考慮荷載的相互作用。此時，橫梁和縱肋應該滿足靜力平衡條件和變形協(xié)調條件，用公式表達為： i ix iyF F F?? （ ） ix iy??? （ ） 式中 iF——橫梁和縱肋節(jié)點 i 處的豎向荷載； ixF ——x 方向（橫梁）分擔節(jié)點 i 處的豎向荷載； iyF ——y 方向（縱肋）分擔節(jié)點 i 處的豎向荷載； ix? ——節(jié)點 i 處在 ixF 作用下 x 方向的產生的豎向變形； 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 19 頁 iy?——節(jié)點 i 處在iyF作用下 y 方向的產生的豎向變形； 節(jié)點荷載的分配方法 （ 1）內柱節(jié)點，當節(jié)點間距較大時，可以將橫梁和縱肋看做是受單個集中力作用的無限長梁，由（ ）得： 22iyixx x y yFFkb L kb L? （ ） 聯(lián)立（ ）和（ ），求解得： xxix ix x y ybLFFb L b L??? （ ） yyiy ix x y ybLFFb L b L??? （ ） 式中 k ——地基土的基床系數(shù)； xb 、 yb ——x 、 y 方向梁的寬度； xL 、 yL ——x 、 y 方向梁的特 征 長度， 1xxL ?? 、 1yyL ?? 。 （ 2）邊柱節(jié)點，在 x 方向將梁視為無限長梁， y 方向將梁視為半無限長梁。 由（ ）得： 22 iyixx x y yFFkb L kb L? （ ） 聯(lián)立（ ）和（ ），解得：