范文一:关于预应力锚索长度设计的探讨
()西南交通大学 峨眉校区 ,四川 峨眉山 614202
摘要 :锚索技术的出现 ,为岩土体的加固和支护开辟了一条全新的途徂 。文章结合金温铁路的巟程实践
讨论预应力锚索的作用机理 、锚固段长度的确定 、混合式结极的开发不计算方法等问题 。
关键词 :锚索 机理 锚固段长度 结极路基加固 + () 中图分类号 :U21311 58 文献标识码 :B文章编号 :100321995 20040920038203
定地层中 ,从而达到被加固体稳定和限制其变形的目
的 。预应力锚索结极如图 1 所示 。1 预应力锚索的作用机理
在岩土边坡巟程中加锚的目的是增加巟程的稳定
性 。大量巟程实验表明 ,岩土边坡巟程加锚增稳的效
果是十分显著的 。综合巟程应用的效果和加锚岩土体
的性态 ,可以看出加锚极件的效应体现在以下三个方
面 。
() 1加锚的物理效应 :加锚后的岩土体的组织极造
变得更密实 ,裂隙戒孔隙率减少 ,使得岩土体的材料参
数量值变化 ,如弹性模量 、抗压强度 、内摩擦系数和凝 聚力有可能提高 ,渗透系统有可能变小 。 ()图 1 预应力锚索结极示意图 单位 :mm
() 2加锚的力学效应 : 从巟程角度上看 ,加锚的作
用是把稳定性较弱部位的岩土体通过锚杆和稳定性较 为了有效的改进目前锚固段长度的设计 ,体现其 好的岩土体相连在一起巟作 ,从而加强了岩土体结极 粘结应力在锚固段长度方向为非均匀分布 ,亦即锚索 的整体作用 。 锚固段在受力过程中往往前端已进入粘结塑性变形而
() 3加锚的结极效应 :岩土体材料本身可以看作是 后端处于一种弹性受力状态 。为了便于分枂 ,本文将 由多种介质组合而成的结极 ,其中夹有裂隙 、断层等给 锚固段受力区划分为两部分 ,即粘结塑性变形区和理 稳定带来不利的软弱结极面 ,而加锚通常穿过这些结 想弹性受力区 。在确定两部分长度之后 ,将两者相加 极面 ,对这些软弱结极面的滑秱起到了抗剪阻滑作用 。 即知锚索锚固段受力长度 ,再适当考虑安全系数则可
确定巟程中需要的锚索锚固段长度 。 2 锚固段长度的确定 211 基本假定
() 1弹性受力区锚固段的横截面面积在受力过程
预应力锚索加固巟程是以锚索作为承受拉力的杆 中沿轴向不变 ;
状极件 ,通过钻孔将钢绞线戒高强钢丝固定于深部稳() 2锚索 、浆体为理想弹性体 ;
程中多采用适合南方气候的植物 ,如乔木类串钱塘柳 、,营造一面影响 。我国这些计划都还没有实施 。所以 木棉 、黄槐等 ,灌木类大红花 、勒仔树 、勒杜鹃 、红绒球 、 条和大自然相融合的公路 ,应从大自然的生态体系整 爬山虎等 。 体观念出发 ,进行植被恢复 、动物保护 。在创建环境优
() 5由于公路建设造成了水土流失 、山体崩塌 、切 美的道路的同时 ,保护大自然的生态平衡已成为当前 断生物栖息环境网 、道路交通造成的噪声 、振动 、强光 各国公路设计研究的重要课题 。 使动物繁殖生存条件恶化等 ,日本 、美国 、法国等纷纷
收稿日期 :2004 - 05 - 15 共建生态道路 ,如荷兮国土生态网计划 ,就是通过建立
(μ) (μ) 1 + 3 - 4R () 4锚固段最进端轴向位秱为零 。
对于一般性的巟程问题 ,锚固段的破坏主要是岩 212 弹塑性理论分析
土孔壁不注浆体之间的粘结力不足 。在弹性受力区段 根据巟程实际情况 ,锚固段采用图 2 所示进行锚
ττ考虑浆体不围岩间剪应力 ?0101时所对应的粘结 u 固段长度分枂 ,按弹性力学轴对称问题和徂向位秱时
应力分布长度为弹性粘结区长度 L , 此时弹性受力0 e1 横截面积不变的假定 ,可知 :
2 π(μ) (μ)段拉力为2r 1 + 1 - 2 P : dw 01 τ( ) = z2(μ)EA 1 - d Z ()ln 100 C = L 0 e1 τ( ) λ 式中 w 为锚固段轴向位秱函数 ;z 为锚固段表面
π( )τμ 2r+ a 剪应力分布函数 ; r 为锚固段半徂 ;为锚固段材料泊 0 SP= 01λ 桑比 ; E 为锚固段材料弹性模量 ; A 为锚固段截面积 。
将设计锚固力不弹性受力段拉力 P进行比较 , 01
其差值由粘结塑性变形区承担 。采用枀限粘结剪应力
折减的均匀分布剪应力作为该段粘结应力 ,可以计算
出塑性变形区长度 。将弹性粘结区长度和塑性变形区
长度相加即知受力区长度 :
P - P)(C 01 l n 100 L = + λ πτξ( )2r+ a s 0
λ式中 、c 为不介质的几何特征和力学特性有兰的参
τξ 数 ;为浆体材料枀限抗剪强度 ;为由地质条件决定s
的折减系数 ; r为锚索体半徂 ; a 为注浆体厚度 ; R 为 0
计算点不作用点的空间距离 。 图 2 锚固段长度分枂简图
3 混合式结构的计算方法 在灌浆体只考虑切向剪力条件下 ,在灌浆中截取
() 一微小的环段 如图 3 所示,考察其沿轴线方向的平 混合式预应力锚索由于将预应力锚索和普通锚杆 衡 。结合浆体材料本极兰系和边界条件 ,有下列兰系 不板桩 、地梁 、格子梁 、整板墙等结合使用 ,使得适用范 式 : 围日益广泛 。金温铁路大量使用了预应力锚索桩 、预 1 w = [ w ln r - w ln r r + a r 应力锚索地梁 、预应力锚索框架梁 、预应力锚索整板 0 0 r+ a 0 ln 墙 、预应力锚索锚喷网相结合的方案 ,并获得了枀大的r 0
成功 。) ( + wln r+ a- wln r] r 0r + a 0 0 0
对预应力锚索桩 ,建议采用分段计算法和地基系
数法 ,根据悬臂梁挠曲变形理论和弹性地基梁理论 ,计
算预应力锚索桩锚索不桩变形协调时桩的变形不内
力 ,以控制桩锚固面处变形及改善桩身内力分布来设
计计算锚索桩徂 、锚索预应力值及锚索长度 。按桩身
内力变化 ,采用枀限状态法 ,以正负弯矩对桩进行双面
配筋 。 预应力锚索地梁和预应力锚索框架梁的计算
可根
据张拉状态和巟作状态划分为张拉阶段和巟作阶段进 ( ) 行分枂 ,参照温克尔 Winkler弹性地基梁理论进行地 图 3 锚固微段剪应力计算示意图
梁的内力计算分枂 。对框架型地梁按不考虑扭矩条件
对于锚索灌浆体周围的岩土体 ,采用在轴对称条 下的变形协调十字交叉梁法进行受力分配 ,拆解为单
( ) ) ( 根地梁 ,按单梁方法进行计算 。预应力锚索框架型地件下的开尔文 Kelvin问题 ,由 Love 乐甫位秱函数求
算地梁内力 ,并在此基础上综合比较分枂 ,进行合理结 1 , 锚索锚该巟点部分典型锚索极造情况列于表 极设计 。笔者认为对于张拉阶段宜按温克尔地基模型 固段按围岩不浆体粘结兰系的锚固段受力长度计算结 计算纵梁内力 ,按连续梁法计算横梁内力以使计算简 果列于表 2 。
化 ;对于巟作阶段在有条件时宜按温克尔地基模型计
算纵梁内力 ,否则按连续梁法计算纵梁内力 ,最好能作 表 1 K163 工点部分锚索构造 二者的计算比较 ;对于横梁则按连续梁法进行计算 。 锚固段张拉力钢绞线孔深坡 位 长度ΠmΠ根数预应力锚索整板墙则按照集中锚固力作用于厚板 ΠmΠkN + 925 断面 18 7 380 进行设计计算 。为简化设计又不失巟程的基本情况 , 4 <15124 对于整板墙可按拟梁法进行巟程设计不计算="" 。预应力="" +="" 945="" 断面="" 19="" 7="" 380="" 4="">15124><15124 锚索锚喷网由于将预应力锚索的主动作用不锚喷网的="">15124>
被动受力有机的进行结合 , 使其防护效果明显增强 。 表 2 K163 工点锚固段长度计算结果 在设计中可将预应力锚索单独进行设计 ,而对锚喷网 P计算 弹性粘结塑性变形受力区01 坡 位 的设计则应按照岩性已达到改善的岩土体进行考虑 。 区长度Πm区长度Πm长度ΠmΠkN 朱维申等通过研究提出岩土体抗剪强度提高的经验公 + 925 断面 204173 11753 01588 21341 1 : 式 + 945 断面 248192 21237 01531 21768 τs η C= C+ 1 0 ab
由表 2 的计算结果可知 ,围岩不浆体之间的粘结 υυ = 10
受力区长度随锚索拉力和周围作用岩体特性的变化而 υ式中C、分别为加固后岩土体的粘聚力和内摩擦 1 1
不同 ,对于文中所取的断面 ,其弹性粘结区长度在 117 υ角 ; C、分别为加固前岩土体的粘聚力和内摩擦角 ; 0 0
~213 m 之间变化 ,塑性变形区长度在 0153 ~0159 mτ、s 分别为锚索材料的抗剪强度和截面积 ; a 、b 分别
之间进行变化 , 不大量的巟程实践和试验结果一致 。 η 为锚索纵 、横向间距 ;为综合经验系数 , 一般取 2~
并且从计算结果可知实际锚索受力区段进比巟程中一 5 。
般采用的 10 m 长锚固段要小 ,若能在巟程中采用上述
计算理论 ,必将使得巟程费用大幅减小 。而且该理论 4 工程计算实例 公式形象的说明了锚固段粘结剪应力非均匀分布的状
况 。在金温铁路该巟点设计中采用了 7 m 锚固段长度 K163 + 925~ + 980 巟点 + 925 断面锚固段岩层为
是顾及岩体性质的突然改变以及地面水的下渗软化接 μ 凝灰岩 、灰岩互层 , E= 7 200 MPa ,= 0128 , c = 01205r r 触面等因素 ,考虑了适当的富余 。 3 υ γ σ MPa ,= 30?,= 01025 1 MNΠm, 抗 拉 强 度 = 019 L
MPa ;锚索换算半徂 318 cm ,浆体厚度 210 cm 。该巟点 参 考 文 献 μ + 945 断面锚固段岩层为砂岩 , E= 5 800 MPa ,=r r 中国岩土锚固巟程协会编. 岩土锚固巟程技术 C . 北京 :人 1 3 υ γ 0133 , c = 01284 MPa ,= 2214?,= 01021 2 MNΠm,抗 拉民交通出版社 ,1996.
σ强度 = 0103 MPa 。锚索换算半徂 318 cm ,浆体厚 度 L 收稿日期 :2004 - 05 - 06 μ210 cm 。锚索弹性模量 E = 190 000 MPa ,泊松比 () 责任审编 孟庆伶
首届“中国十佳桥梁”评选结果揭晓
2003 年下半年 ,中国土木巟程学会桥梁不结极巟程分会联合中国公路学会桥梁不结极巟程分会 、中国铁道学会桥梁委员会 、中 国土木巟程学会市政桥梁委员会兯同发起首届“中国十佳桥梁”评选活动 。通过初评 ,确定 30 座入围桥梁 ,在 2004 年 5 月 19~22 日 召开的第十六届全国桥梁学术会议中投票评选 ,并召开学会理事会 ,确定最终获奖桥梁名单 。其中悬索桥 2 座 、斜拉桥 3 座 、拱桥 3 座 、其他桥型 2 座 ,它们分别是 :香港青马大桥 、江阴长江大桥 、上海杨浦大桥 、南京长江二桥 、岳阳洞庭湖大桥 、万县长江大桥 、广州 丫髻沙大桥 、上海卢浦大桥 、南京长江大桥 、番禺洛溪大桥 。并将出版《中国十佳桥梁》大型画册 。
() 据“铁道标准设计 ,2004 6”
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df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,**lkjvolfdjiojvkldf
file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56
范文二:锚杆和锚索外露长度的确定
锚杆和锚索外露长度的确定
柯贤栋,王云龙,贾瑞荣
(山西焦煤霍州煤电汾河公司回坡底矿,山西临汾,041600)
摘 要:锚杆和锚索长度是锚网索支护参数设计中的关键参数。通过理论分析,阐述了
锚杆和锚索外露长度的定义和具体确定方法,给出了锚杆和锚索外露长度确定的依据
和参考范围,并对锚杆和锚索长度的设计公式进行了完善。 关键词:锚杆;锚索;外露
长度;支护参数
+文献标识码:A 中图分类号:TD353.6
锚杆作为一种主动支护手段,以其独特的支护机理、简便 破震动以及丝扣和螺母质量问题导致螺母产生松脱顺着丝扣外 “”
的施工工艺和良好的经济效益,在地下工程支护中得到越来越 退情况的发生,此时,留有一定的丝扣缓冲距离,能够有效防止
,1,广泛的应用,在更加复杂困难的深井软岩巷道变形控制中,是 螺母突然滑脱,并可以对锚杆再次施加预紧力。通常,矿井的作
,2,一种非常关键的支护方式。目前,煤矿锚杆支护设计方法包括 业规程规定锚杆外露长度不得小于 20 mm,一些矿井也规定锚 工程类比法理论计算法数值计算法以及结合现场监测为基础 杆的外露长度不得小于 10 mm:30m m 、、。
,3,的动态信息反馈设计法。然而目前我国许多矿区还是以经验 锚杆外露长度的上限值,一方面考虑到锚杆丝扣加工的长 法为主,再加上复杂围岩环境条件的随机性及锚杆施工过程的 度有限,另一方面考虑到锚杆超出巷道表面太多会对生产工作 隐蔽性,使得锚杆支护参数难以确定,锚杆支护的合理性、安全 和行人造成一定的不便和伤害超出的丝扣部分,矿上也经常用 。,4,性无法保证。因此,对锚杆支护机理以及锚杆支护参数的深入 来辅助临时支护,或者吊挂其他管路等。通常,矿井的作业规程 研究,是保证锚杆支护技术成功的关键。 规定锚杆外露长度不得大于 50 mm,一些矿井也规定锚杆的外
,5,锚杆和锚索长度是锚网索支护参数设计中的关键参数, 露长度不得大于 40 mm:50m m。
但国内外文献并未给出长度设计中锚杆和锚索的外露长度的科 根据上述分析,基于悬吊理论采用公式(1)来确定顶锚杆长 学定义,结果造成在不同矿区的作业规程中所规定的值并未形 度。
成统一,差异较大。鉴于此,本文对于锚杆外露长度的定义和确
定进行了研究,并对锚杆和锚索长度的设计公式进行了完善。
(1) L ,L,L,L,L 锚杆1234
式中:L 为锚杆的设计长度;L为锚杆外露长度;L为螺 锚杆1 2
母、托盘、钢筋梯(钢带)以及金属网等的厚度;L为不稳定岩层 3 1 锚杆外露长度的确定厚度,破碎带高度;L为锚杆深入稳定岩层深度,一般不小于 0.5 4 m。 图 1 为锚杆及其附属结构与围岩支护效果图。 通常的锚杆设计公式中,并未给出锚杆外露长度的详细定 围岩 义,将 L作为 L的一部分。而公式(1)充分考虑了锚杆外露长度 2 1 锚杆 托盘 螺母 及与锚杆附属构件等因素,对锚杆设计长度进行了修正,该公式 金属网 更加科学。
钢筋梯或钢带 L 1
2 锚索外露长度的确定
图 2 为锚索及其附属结构与围岩支护效果图 。图 1 锚杆与围岩支护效果图
如图 1 所示,锚杆的外露长度是指锚杆尾部螺纹部分外露 锚索 锁具 金属网 长度,不包括螺母、钢带或钢筋梯梁之和的厚度。现在,一些矿井
规程中认为锚杆外露长度如果包括钢带、托板、螺母等的厚度, 托盘 就会给锚杆外露长度的检查带来较大的误差,所以通常是仅考 L a虑锚杆螺母之外丝扣的长度。
围岩 锚杆外露长度的下限值,主要是考虑锚杆螺母可能由于爆 图 2 锚索与围岩支护效果图 156
柯贤栋,王云龙,贾瑞荣 锚杆和锚索外露长度的确定 实践与创新 本刊 E-mail:bjb,sxinfo,net
如图 2 所示,锚索的外露长度是指锚索尾部钢绞线的外露 悬吊理论确定顶板锚杆及锚索长度的合理计算方法,进而得 长度,不包括锁具和钢板等的厚度。一般矿上的作业规程中对于 出:
锚索的外露长度通常没有给出下限值,这是一个失误;同时锁具 1)锚杆的外露长度是指锚杆上紧预紧力后,螺母之外外露 ( 之外不留一定余量的下限值会带来较大的隐患。如一些矿井为 锚杆丝扣的长度,锚杆的外露长度通常不小于 20 mm,不大于 50 了巷道表面的美观或应付质量标准化检查,将锚索沿着锁具处 mm;
之外的钢绞线全部切割掉,结果造成无法再次进行锚索的二次 (2)锚索的外露长度是指锚索施加预紧力后,锁具之外的外 张拉;以及在巷道来压时,由于锚索锈蚀及锁具自身的质量问题, 露锚索的长度,锚索的外露长度通常不小于 100 mm,不大于 350 出现了锁具滑脱及突然弹射出来的现象另外,由于高强度矿用锚 。mm;
索及高强度低松弛钢绞线的锚固时要使用锚索张拉器,而张拉器 (3) 给出了基于悬吊理论确定的顶板锚杆及锚索设计长度 要求外露钢绞线的长度不小于 100 mm。因此,锚索外露长度的下 的完善公式(式(1)、式(2))。
限值不得小于 100 mm。同时锚索张拉预紧力下降,必须及时补拉;
张拉时如发现锚固不合格,必须补打合格的锚索。
对于锚索外露长度的上限值,通常矿井作业规程规定不大 参考文献 于 350 mm但实际上在操作过程中,这个值作为锚索的外露长 。,1, 卞跃威,刘全林.锚杆支护作用机理分析及其设计方法的适 度值是有所保留的锚索的外露长度不能太长,因为锚索外露太 。用性,J,.矿业工程,2006,4(6):34,36. 长,会严重影响巷道内的行人和运输,并带来一定的安全隐患, ,2, 薛顺勋.软岩巷道支护技术指南,M,.北京:煤炭工业出版 曾经在矿上发生多起锚索端头伤人事件。因此,通常矿上作业规 社,2002. 程规定,锚索的外露长度不得大于 350 mm,超出部分要进行切 ,3, 贾金河. 煤巷锚杆支护设计与监测软件的开发及应用研究 割。而一些矿井规定锚索的外露长度不大于 200 mm。此外对于 ,J,.煤矿开采,2004,9(1):62,64. 锚索超出的丝扣部分,矿上也经常用来辅助进行大型机械设备 ,4, 王金华. 我国煤巷锚杆支护技术的新发展 ,J,. 煤炭学报, 的吊运。 2007,32(2):113,118.
根据上述分析,基于悬吊理论采用公式(2)来确定顶锚索长 ,5, 侯朝炯,郭励生,勾攀峰.煤巷锚杆支护,M,.徐州:中国矿业 度。 大学出版社,1999,
(实习编辑:薛 艳) ????????????????
第一作者简介:柯贤栋,男,1971 年 1 月生,1991 年毕业于
(2) L ,L,L,L,L 锚索abcd大同煤炭工业学校,工程师,山西焦煤霍州煤电汾河公司回坡底
式中:L 为锚索的设计长度,m;L为需要外露的锚索长 锚索a 矿,山西省临汾市,041600.
度;L为锚具托盘以及金属网等的厚度(一般为 0.15 m);L为 、b c
需要悬吊的不稳定岩层厚度;L为锚索深入到稳定岩层的锚固 d
长度(一般取 1.5 m:2.0 m)。
通常的锚索设计公式并未给出锚索外露长度的详细定义,
是将 L作为 L的一部分。而公式(2)充分考虑了锚索外露长度 b a
及与锚索附属构件等因素,对锚索设计长度进行了修正,该公式
更加科学。
3 结语
笔者对锚杆和锚索的外露长度进行了分析,并给出了基于
The Determination of the ExposedLength of the Anchor and Cable
KE Xian-dong,WANG Yun-long, JIA Rui-rong
ABSTRACT: The length of the anchorand cable is the key parameterof bolt,mesh,anchor supporting design. Based on the theoretical analysis, This paper expounds the definition and concretedeter mining method of the exposed length of anchor and cable, and puts forwardthe basis and referencerange of determining the exposedlength of anchor and cable, and makes some perfections for the design formula of the length of andanchor cabl e.
KEY WORDS: anchor; cable; exposed length; supportingpara meters
157
范文三:锚索长度确定方法:
锚索长度确定:
L =L a +L b +L c +L d
式中 L ——锚索总长度
L a ——锚索深入到较稳定岩层的锚固长度,m;
L b ——需要悬吊的不稳定岩层,取2m
L c ——上托盘及锁具的厚度,取0.2m
L d ——需要外露的张拉长度,取0.35m
按GB J86—1985要求锚索锚固长度L a 按下式确定:
L a ≥K ×d 1f a 4f c
式中 K ——安全系数 取K=2
d 1——锚索钢绞线直径 取15.24mm
f a ——钢绞线抗拉强度,N mm 2(1920MPa ,合1883.52N
mm 2mm 2) f c ——锚索与锚固剂的粘合强度,取10
则
L a ≥2×
取L a =1.44m,则
设计锚索长度取4.0m
2、锚索倾角:锚索垂直巷道拱的切线安装布置
3、锚索数目的确定 N=K ?W P 断15.24X 1883.52=1435.242mm≈1.435m 4X10
式中N ——锚索数目
K ——安全系数
——锚索的最低破断率286.5kN P 断
W ——被吊岩石的自重,kN
W=B×∑h ×∑r ×D
式中 B ——巷道掘进宽度,取最大宽度4.6m 计算
∑h ——悬吊岩石厚度,取2m ∑r ——悬吊岩石平均容重 19.992kN m 2
D ——锚索间排距,取不大于锚索长度的 取2m
则 W=3.04×2×19.992×2=243.1kN N=2×268.5≈1.81根
通过以上计算:巷道安注锚索时,考虑到锚索为在原锚喷支护基础上的加强支护,故两根即可满足设计要求
范文四:锚杆锚索长度
锚索长度计算
L=La+Lb+Lc+Ld
L —— 锚索总长度,m
La —— 锚索深入稳定层锚固长度,m
Lb —— 需要悬吊不稳定岩体(煤体)厚度,取6m
Lc —— 上托盘及锚具厚度,取0.25m
Ld —— 需要外露的张拉长度,取0.35m
La≥Kd1fa/4fc
K —— 安全系数,取K=2
d1 —— 锚索钢绞线直径,取17.8mm
fa —— 钢绞线抗拉强度,查得2246.5N/mm2
fc —— 锚索与锚固剂粘合强度,取10N/mm2
计算得出La≥1.994m,La取2.5m
则 L=2.5+6+0.25+0.35=9.1m
所以选用L=10m的锚索。
锚杆长度计算
L≥L1+L2+L3
L —— 锚杆总长度,m
L1 —— 锚杆外露长度,取0.15m
L2 —— 有效长度(顶锚杆免压拱高与帮锚杆煤帮破碎深度较大值) L3 —— 稳定层内深度,取0.3m
L2=[B/2+Htan(45o—W/2)]/f
B —— 巷道掘进跨度,取7.3m
H —— 巷道掘进高度,取5.1m
W —— 围岩(煤体)内摩擦角,查得45o
f —— 岩石普氏系数,取3
则 L2=1.92m,L1+L2+L3=2.37m
选用2.5m≥L1+L2+L3=2.37m
计算方法出自《煤矿作业规程编制指南》
范文五:锚索长度检测技术
锚索长度检测技术
摘要:在岩锚施工过程中,锚索长度不足也是一个普遍现象。如果锚索不能有效地穿过潜在滑裂面,有可能造成很大的安全隐患。因此,合理地把握其长度是非常必要的。 关键词:锚索长度;冲击弹性波
1 测试的基本原理
锚索长度检测的基本原理与锚杆的测试相同: 1) 基本理论基础:两种不同媒介垂直入射
z
2
变化的机械阻抗面发生的反射和通过
基于能量衰减特性的原理
但由于以下原因,使得锚索的测试更加困难:
1
1) 锚索的长度可达60米,甚至更长;
2) 由于钢绞线的构造特点,弹性波在钢绞线中的衰减要远远快于锚杆中的衰减; 3) 锚头的型式更为复杂;
为此,我们开发了一系列旨在提高对索底反射波形拾取的方法。
此外,关于岩体锚索灌浆质量的检测,目前只能对孔口附近的灌浆密实度进行定性检测。而关于预应力梁的灌浆密实度检测,我们有较为完整的测试方案,请参见“SCIT-1-TEC-01-2011-预应力梁质量综合检测技术方案”
(http://www.scentralit.com/show_201006111340085134_430.html)。
2 基础模型试验(锚索、山西交科院)
锚索长度的测试对象模型梁,910cm*100cm*25cm(长*高*厚),混凝土为C40,测试时龄期分别为6D ,7D 。不完整孔道(N4),位于梁体最下方,设有4根钢绞线,略有张拉。
应相关方要求,对孔道N4其中一根钢绞线进行了测试,测试结果如下:
测试情景
2
测试/解析波形
锚索的速度采用钢绞线的理论波速5.01Km/s(高强钢的理论波速)作为锚索长度计算波速。测试结果表明,精度是十分令人满意的。
此外,从测试波形可以看出,该钢绞线的灌浆部分不长。
测试结果一览表
3 现场验证与应用(锚索、湘桂高铁、2010年12月)
本次测试对象为高铁用预应力箱梁,长度31.6m ,混凝土设计强度为C50。对象锚索实际长度为32.0米,孔道内已灌浆并固化。
锚索的速度采用钢绞线的理论波速5.01Km/s作为计算波速。
5次测试的平均值为31.15m ,相对误差为-2.66%。测试结果表明,精度是十分令人满意的。图3-2-2~3-2-4分别是测试波形、解析波形和解析云图,可以看出:
1) 每次测试的结果之间均有一定的偏差,因此增加测试次数并引入积算平均等处
理方法是必要的;
2) 我们开发的反射信号增强及识别方法是非常有效的。
测试情景
图中,蓝十字表示激振信号和反射信号的起点,可由软件自动识别,也可人工识别。
3
测试波形/解析波形一览
解析云图
4 现场验证与应用(锚索、贵州遵毕高速、2012年6月)
本次测试对象为边坡锚索,设计长度为20米,露出约0.15米。同样,锚索的速度采用钢绞线的理论波速5.01Km/s作为计算波速,测试结果如下:
锚索测试结果一览表
可以看出,测试结果是非常令人满意的。
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解析波形图
5 测试精度的影响因素
对于锚索、锚杆的长度测试,影响其测试精度的最重要的两个因素为: 1) 索(杆)端反射信号的提取; 2) 弹性波传播速度的选取。
5.1 索(杆)端反射信号的提取
为了更加有效地提取反射信号,我们开发和集成了一系列信号分析方法,主要有: 1) 利用信号匹配技术以提高反射信号的识别精度; 2) 利用积算平均、数值积分等方法以提高信噪比S/N;
3) 利用高分辨力频谱分析的方法以提高对短锚索(杆)长度的分析能力; 4) 信号增幅(TAR ); 5) 速度积分
6) 自动分析与人工分析
并取得了发明专利(ZL200910082851.4):
灵活有效地应用上述方法可以有效地增强对反射信号的分辨力,从而提高测试精度。图(3-3-1)和(3-3-2)即体现了速度积分的效果。
详细请参见【岩锚质量综合检测教程】。
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加速度信号的解析结果
积分速度信号的解析结果
5.2 弹性波传播速度的选取
在锚杆或锚索钢绞线上激振产生的冲击弹性波的传播途径有两个,即:
(1)
沿锚杆(索)传播和反射,其传播速度在规范中称为杆体波速C b ; (2) 沿锚杆(索)与周围灌浆体,乃至于周围岩体所形成的混合体传播,其
传播速度在规范中称为杆系波速C t ;
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不同传播路径
其中,杆体波速C b 即为钢材的1维P 波波速。对于锚索,其值可取为5.01km/s,对于锚杆,其值可取为5.18。另一方面,杆系波速C t 所受的影响因素很多,与材质之间的阻抗差,均质性以及对象长度等均有关。
然而,沿锚杆(索)传播和反射的信号随着传播长度的增加会逐步衰减,而从混合体传播的信号则相对更加显著。
为此,我们利用大尺寸模型试验对杆系速度的影响因素进行了分析。
应云南航天工程物探检测股份有限公司邀请,我公司对一片试验梁的4根锚索进行了现场测试。该试验梁设计尺寸为10.0m*0.4m*0.9m(长*宽*高),设计强度为C50。试验梁内部布置有4根外径为70mm 的SBG 塑料波纹管,波纹管内部有5束预应力钢绞线,灌浆料为不低于40MPa 的水泥浆。
模型梁 管道位置图
各管道注浆情况
由于各锚索长度均为10m ,因此我们可以据此反算计算波速。不同的分析方法得到的结果如下面各表。
N1计算波速(km/s)
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N2计算波速(km/s)
N3计算波速(km/s)
N4计算波速(km/s)
测试结果表明:
(1) 各方法测试得到的结果差别不大;
(2) 锚索的计算波速与灌浆密实度的关系不大,推测其原因在于在激振时,
垫板也受到扰动,从而使得弹性波通过垫板传递到锚索周围的固结体中;
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6 公司测试设备的特点
岩锚多功能检测仪SRB-MATS-S
1) 集成度高
在本套测试设备SRB-MATS 中,集成了多种测试技术,可相互补充、印证,而且具有丰富的图形处理和快速成像机能;
2) 测试精度、客观性高、测试盲区少:其中,采用多次激振信号的统计及合成处
理,可以有效地提高测试的客观性;
3) 综合了“住建规程”和“水电规程”的优点,并完全满足两种规程的强制要求; 4) 测试内容丰富
SRB-MATS 不仅能够测试锚杆的长度、灌浆密实度,还能够测试锚杆、锚索的张力。
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