锚索间距的弹性力学叠加公式在结构工程中的应用

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1、锚索间距的弹性力学叠加公式在结构工程中的应用-->锚索间距的弹性力学叠加公式在结构工程中的应用摘要：圆筒形预应力结构的锚索间距s和单束锚索张拉力P如设计不当，往往会导致预应力轴向分布不均匀，预应力施加过程中会出现环向裂缝。对单束锚索作用下结构内力M、Q、omentferentialcracksncasingstructuresiftheprestressingforcePandtendon’sspacingsechanicstheories,theformulasforcalculatingaxialmomentM,shearforceQ,radialdisplacementationθar

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

3、ing;fieldtest;proximityeffectzone1概述圆筒形预应力结构在工程中得到了广泛的应用，如储仓、水池和隧洞衬砌等[1~3]。在圆筒形预应力结构的结构设计中，锚索间距s和单束锚索张拉力P是环向预应力的数值σ确定后需慎重确定的两个重要参数若单束锚索张拉力P大，锚索间距s也大，这样有利于减少锚具数量，降低工程造价，简化施工，但锚索张拉力P取值过大，往往会产生过大的轴向次生应力，从而导致预应力施加过程在锚索位置的内侧混凝土表面产生环向裂缝。因此，确定适宜的锚索间距是圆筒形预应力结构设计的重要内容[3]。这里首先提出一个邻锚效应区的概念，所谓邻锚效应区，是指某束锚索张拉时所产

4、生的筒壁法向位移，内径6.50m，锚索间距0.50m，锚索由8根7×Ф5的高强低松弛无粘结钢绞线组成，单束锚索设计张拉力为1674kN。钢绞线沿洞周双圈环绕，锚具槽分两排沿隧洞轴线方向对称布置在衬砌底部，相邻两个锚具槽的圆心夹角为90o。在进行1:1结构模型试验时将锚索张拉力一次施加到位，结果发现在锚索位置的衬砌内侧产生了环向裂缝，经计算分析是单束锚索张拉时轴向弯矩在衬砌内侧表面产生的拉应力超过了混凝土的抗拉强度所致。后在实际施工时采用二次分步张拉法，即先把左侧一排锚具槽中的锚索张拉至设计张拉力的50%并暂时锁定，然后张拉右侧一排锚具槽中的锚索至设计张拉力的100%。最后再把左侧一排锚具槽中

5、的锚索从50%张拉至100%。采用如此的张拉程序后，2000多米的预应力衬砌没有出现一条环向裂缝[5]。从式(5)可知，邻锚效应区的大小只与圆筒半径R和壁厚t有关，为此在该工程的施工过程中利用永久仪器观测段埋设的混凝土应变计和钢筋计，通过记录张拉每束锚索时观测仪器的变化情况，对邻锚效应区进行了现场测定，仪器观测段的锚索布置如图2所示，其中M3为仪器观测断面。其结果如表1和图3所示。可以看出，在张拉观测仪器所在断面的M3锚索时，观测仪器的应变变化量最大，张拉M3左右相邻锚索时，观测仪器的应变变化量依次减小，-->在张拉仪器观测断面右侧第6根锚索时，观测仪器的应变变化已经很小，椐此可知邻锚效应区

6、的范围约为距锚索处3.30m左右(锚索M1位于浇筑块的边缘，不宜作为分析依据)。根据弹性力学近似公式计算的结果为3.50m，二者相差约为5%。考虑到弹性力学公式的计算假定(薄壁无矩，圆筒周边无约束)与实际情况的差异，可以认为计算结果与实测结果是比较吻合的。4小结在进行圆筒形预应力结构设计时，应合理地确定锚索张拉力和锚索间距，以保证结构受力均匀、张拉过程中不会因轴向拉应力梯度过大而出现环向裂缝。本文根据弹性力学薄壁柱壳无矩理论，对圆筒形预应力结构的邻锚效应区及锚索间距的计算方法进行了初步探讨，并与工程实例的观测结果进行了对比。结果表明，计算结果与实测结果是吻合的，二者相差不超过5%。实际计算时

7、，可根据本文提出的叠加公式(6)~(9)优化确定锚索张拉力和锚索间距。