框架預應力錨桿邊坡支護結構抗震簡化設計方法
2014-04-29 00:00:00張霽
基層建設 2014年20期
摘要：地震是我國較為常見的一種地質災害，為了能夠使我們更為準確的開展框架預應力錨桿邊坡支護工作，并做好相關的抗震設計，我們則對此類結構在地震情況下進行了一定的分析，并以此來推導出在地震情況下動土所具有的壓力計算公式。在本文中，將就框架預應力錨桿邊坡支護結構抗震簡化設計方法進行一定的研究。
關鍵詞：框架預應力;錨桿邊坡支護結構;抗震簡化設計
1 引言
我國是一個地震高發國家，尤其是對于部分地區的山區道路來說，如果出現等級較高的地震，那么則將會對道路邊坡造成非常大的影響，且直接會對當地的公路、鐵路、建筑以及水利水電工程等造成非常大的影響。以我國2008年發生的汶川地震為例，其在地震過程中由于道路邊坡失穩而出現的事故占據整個地震總損失的30%左右。而在我國目前各地區大力開展道路橋梁建設的背景下，就更需要我們能夠對邊坡的抗震性引起充分的重視，從而以此來保證建筑的安全運行。
2 支護結構震害分析
在邊坡支護發生震害情況時，其主要的表現就是其錨桿、錨頭容易出現被損壞的情況，且會使框架以及擋土板也會隨之出現一定的破壞，其中，錨頭之所以出現破壞的情況主要是因為其鋼墊板位置的混凝土強度承載力不足而在地震情況下時容易出現破碎的情況，且墊板也會因為強度問題而出現變形以及凹陷的情況、錨頭螺栓也會出現滑脫的情況。其中，錨桿出現被破壞情況的非常重要的一類形式就是因為錨桿自身會因為其所具有的強度不足而出現被拉斷的問題，且會使土地同錨固體間因為摩阻力不足而受到破壞。而對于擋土板來說，其出現破壞則是因為在地震較強的沖擊作用下，使其因為受剪、受彎以及受沖而使局部承壓能力不足而出現被破壞的情況。
對于框架破壞問題而言，其分為彎曲破壞、剪切破壞以及局壓破壞，當地震發生時，其節點位置則是整個框架受到損害最大，也是最容易受到損壞的位置。由于框架梁柱節點位置所出現的破壞問題經常出現在彎曲變形且剪跨比較大的區域，這就會使其在地震發生時在剪力以及彎矩的共同作用下使保護層脫落、混凝土開裂，進而造成較大的損壞。而在梁柱的接點位置，梁所受到的地震影響要較輕于柱的影響，且柱底震害也沒有柱頂位置的震害嚴重，其發生破壞的位置也通常處于框架梁柱中間以及立柱接點附近。另外，支護結構的外部以及內部失穩情況共同組成了失穩問題，如果錨固段土體情況較為穩定，且長度夠，則容易出現內部失穩，而如果邊坡土體不是非常穩定，而錨桿長度不足，則容易出現外部失穩的情況。
3 支護結構抗震簡化設計
3.1 地震作用計算
根據我國建筑邊坡的相關技術規范，其明確的規定了在巖石基坑邊坡處可以根據情況不同對地震荷載進行考慮，而對于我國目前7以及7度以上的邊坡、以及中等風化、強風化以及全風化的巖質邊坡來說，則應當能夠對地震荷載作用力進行考慮，并可以在設計時忽略地震豎向加速度因素。根據擬靜方式的計算，我們則可以將土地在地震情況下所產生的地震力劃為靜荷載，并將其作用在相關的支護結構之中。在這種前提下，我們則將地震情況下水平面同邊坡滑移面的夾角設為：
在上式中：
其中，δ為擋土結構同土體間具有的摩擦角、g為加速度，ψ為土體摩擦角。
而當邊坡屬性為彈性時，地震響應則會根據坡高度的提升而出現放大的情況，而為了能對我們的設計方式進行簡化，我們則通過邊坡加速度的相應系數對其進行計算，并將其相應系數在7、8、9防烈度下分別設置為3、2.5以及2。
3.2 框架錨桿抗震計算
在錨桿的框架結構中，其主要由立柱、橫梁以及擋土板這三者所組成，且由這三者共同形成一種形似樓蓋的豎向梁板結構體系。對于框架錨桿支護結構來說，我們對其計算時主要有下列幾個方面：
3.2.1 擋土板計算
在一般情況下，橫梁間距同立柱間距的值較為相近，且我們也可以通過雙向板結構的形式對擋土板進行計算。首先，我們需要對其支撐情況進行分類：第一種是一邊簡支、其它三邊固定的方式;第二種則是四邊都固定的形式，以此來作為具有臨時性的支護，且在不計算其面板的基礎上根據其構造情況來選擇適當的配筋數量以及混凝土厚度。而在永久性支護方式中，我們則需要對其擋板進行全面的驗算以及抗震設計，并保證擋板厚度應當大于10cm以上。
3.2.2 橫梁及立柱的計算
在對兩者計算前，首先我們需要能夠在聯系其所具有荷載情況的基礎上將結構分為橫梁以及立柱兩個計算點，之后再將兩者以不同的計算方式畫出不同的計算簡圖來進行計算，其計算單元如下圖所示：
圖1 橫梁、立柱劃分單元情況
在上圖中，Sx為立柱的間距，通常我們會以均勻的方式對其進行布置。而Sy則為橫梁間距，我們在實際布置時可以根據其錨桿位置的不同而對其靈活布置;η1和η2則分別為立柱計算系數以及橫梁計算系數，而根據荷載等效的原理，我們將這兩個值都取為0.75。
3.2.3 錨桿計算
對于地震所出現的錨桿破壞情況來說，其可以根據損壞情況的不同而分為斷裂以及拔出這兩種類型。
對于斷裂情況的驗算，其公式如下所示：
在上式中，fy為錨桿抗拉強度，dj為不同根錨桿鋼筋所具有的直徑，Ej則為不同根錨桿其動土、靜土壓力所具有的組合值。
而對于拔出情況的驗算，其公式如下所示：
這是因為在地震力的作用之下，滿足上述條件才能夠保證錨桿在具有足夠摩阻力的條件下避免出現拔出的情況，其中，τj為不同層錨桿土地同錨固間的剪應力，Dj為不同錨固體所具有的直徑，而Lj則為不同錨桿所具有的錨固段長度。
4 結束語
在上文中，我們對于框架預應力錨桿邊坡支護結構抗震簡化設計方法進行了一定的研究，而在實際設計時，也需要我們能夠從多方入手，以更為合理的設計方式保證邊坡防震質量。
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