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基于稳定性的框架预应力锚杆边坡支挡结构设计方法研究

作　者: 郑恒
导　师: 朱彦鹏
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 框架预应力锚杆毕晓普法稳定性锚固力弹性地基梁
分类号: TU476
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

支挡结构的形式很多，传统的支挡方法如重力式挡土墙、衡重式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙等不仅造价比较高，占用耕地多，而且当挡墙比较高时技术上不可行。随着我国基础建设速度的加快，迫切要求我们对支挡结构理论进行系统的研究，以期获得经济适用的支挡结构形式，这不仅具有重要的理论意义，而且具有重大的现实意义。框架预应力锚杆支挡结构是近几年新出现的一种轻型支挡结构，这种结构具有施工方法简单，工程造价低等诸多优点，使其在边坡工程中得到了较为广泛的应用，但就其分析方法和设计理论来讲还不成熟、完善。针对以上问题，本文对框架预应力锚杆支挡结构的稳定性设计方法进行了研究，研究内容包括：由于框架预应力锚杆支档结构的破坏以稳定性破坏为主，而土压力分布较为复杂。因此本文舍弃了通过求解土压力进行结构设计的方法，确定基于稳定性的结构设计方案。另外，本文提出了求解稳定性系数的新模型，并通过稳定性系数与锚固力之间的关系，得出锚固力求解方程。推导了框架结构的单元矩阵，利用弹性地基梁原理得出框架的内力，从而可以进行框架的结构设计。并采用MATLAB语言编制了框架预应力锚杆支挡结构的设计计算程序。如果已知相关设计参数和土体参数，利用该程序可以直接得到设计所需的锚固力、框架内力。而不用考虑该结构设计不满足稳定性的要求，节约了反复试算的时间。为验证程序的合理性和正确性，文中引入一个工程实例，经程序设计结果和工程实际设计结果的对比表明本文所提出的计算模型合理，计算方法简明实用，所编制的程序是切实可行的，对今后的工程实践能够起到一定的指导作用。本文的分析、计算和研究思路同样可以推广应用于其他土质地区和支挡结构形式。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题的背景、意义、目的  10-11
    1.1.1 课题的背景与意义  10-11
    1.1.2 课题的目的  11
  1.2 锚杆支挡的发展历程及应用现状  11-14
    1.2.1 锚杆支挡的国际发展历程  11-12
    1.2.2 锚杆支挡的国内发展历程  12-13
    1.2.3 锚杆支挡的应用领域及主要成就  13-14
  1.3 锚杆支挡研究的国内外现状与趋势  14-16
    1.3.1 对锚杆支挡机理的分析  14-15
    1.3.2 锚杆支挡理论发展趋势  15-16
  1.4 本文研究的主要内容  16-17
第2章框架预应力锚杆支挡结构稳定性分析  17-29
  2.1 概述  17-19
    2.1.1 边坡稳定性的发展现状与应用前景  17
    2.1.2 对边坡稳定性计算方法的分析  17-19
  2.2 框架预应力锚杆支挡结构模型  19-20
  2.3 框架预应力锚杆稳定性计算方法  20-26
    2.3.1 框架预应力锚杆整体稳定性计算方法  20-22
    2.3.2 滑移面计算模型  22-26
  2.4 运用遗传算法求解最小稳定性系数  26-29
    2.4.1 遗传算法简介  26-27
    2.4.2 确定最危险滑移面的稳定性  27-29
第3章框架预应力锚杆支挡结构设计  29-49
  3.1 框架预应力锚杆支挡结构设计概述  29-32
    3.1.1 对框架预应力锚杆支挡结构设计方法的分析  29-30
    3.1.2 对支挡结构计算的分析  30-32
    3.1.3 框架预应力锚杆结构设计计算步骤  32
  3.2 框架预应力锚杆支挡结构受力状态分析  32-35
    3.2.1 框架预应力锚杆加固边坡的作用机理  33
    3.2.2 预应力锚杆地梁的工作过程及受力阶段分析  33-35
  3.3 基于稳定性的锚固力计算方法  35-38
    3.3.1 锚固力分布的分析  35-36
    3.3.2 锚固力计算  36-38
  3.4 有限单元计算框架的力学模型  38-48
    3.4.1 框架的离散化  40-41
    3.4.2 纯弯单元分析  41-44
    3.4.3 Winkler弹性地基梁的单元分析  44-46
    3.4.4 扭转变形引起的单元修正  46-47
    3.4.5 扭转变形与弯曲变形共同作用下的单元修正  47-48
  3.5 有限元计算基本过程  48-49
第4章算例分析  49-61
  4.1 工程概况  49
  4.2 设计方案对比  49-50
  4.3 结构设计  50-55
    4.3.1 确定需要做支挡结构  50
    4.3.2 初步确定基本参数  50-51
    4.3.3 锚杆设计  51-53
    4.3.4 框架设计  53-54
    4.3.5 挡土板的设计  54-55
  4.4 参数分析  55-59
    4.4.1 粘聚力的影响  55-56
    4.4.2 内摩擦角的影响  56-57
    4.4.3 锚杆布置水平间距的影响  57-59
    4.4.4 锚杆倾角的影响  59
  4.5 小结  59-61
结论与展望  61-63
  1.结论  61-62
  2.展望  62-63
参考文献  63-65
致谢  65-66
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  66-67
附录B 遗传算法求解稳定性程序  67-71
附录C 锚固力求解程序  71-75

基于稳定性的框架预应力锚杆边坡支挡结构设计方法研究

内容摘要

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