【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及橋梁工程，尤其是一種適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法。
技術介紹
1、懸索橋具有跨越能力大、造型美觀、受力明確等優(yōu)點，因此在大跨度橋梁的選型時往往被優(yōu)先考慮。懸索橋通常由橋塔、錨碇、主纜、吊索及主梁等主要部分組成。其中，錨碇是主纜索的錨固體，主要作用是將主纜的拉力傳遞至地基，其承載能力及可靠性至關重要。
2、懸索橋大多采用重力式錨碇，重力式錨碇一般由錨體和基礎組成，其依靠自身較大的重力來抵消主纜的豎向分力，而水平分力則由地基與錨碇基礎之間的摩阻力來抵消。其中，錨碇的關鍵設計在于錨碇在主纜的拉力作用下的抗滑穩(wěn)定性系數(shù)和抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)。
3、然而，實際工程中常遇到的復雜山區(qū)地形，例如山區(qū)峽谷地區(qū)，具有地形地勢陡峭，巖層起伏變化大，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體裂隙水豐富等特點，傳統(tǒng)方式設計的重力式錨碇存在以下問題：
4、1、錨碇基底通常需選擇風化程度更低、完整性更好的巖層作為持力層，但由于山區(qū)地質巖層縱橫向起伏較大，為了錨碇基底均到達持力層，導致錨碇基礎埋深較深，山體開挖較大，周邊環(huán)境破壞較大，同時，基坑開挖形成的高邊坡安全隱患也較大。
5、2、由于山體裂隙水豐富，常規(guī)山區(qū)重力式錨碇未考慮排水設計，錨碇基坑開挖及肥槽回填后，雨水入滲因排水不暢致使地下水雍高，形成水盆效應，對錨碇產(chǎn)生向上浮力，將嚴重影響錨碇受力安全。為了抗浮地下水抵抗巨大的主纜的拉力，需要大幅度增加錨碇的重量，故錨碇基礎的規(guī)模往往非常巨大，不符合集約型社會發(fā)展的標準。
6、3、已建成的大部分懸索橋
7、鑒于此，有必要提出一種適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法以解決或至少緩解上述缺陷。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的主要目的在于提供一種適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，以解決現(xiàn)有技術中錨碇設計存在錨碇體積大、基坑開挖量大以及未考慮排水設計導致養(yǎng)護繁瑣的技術問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術提供了一種適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，包括以下步驟：
3、s1，按照錨碇體積最小和基坑開挖量最小的原則確定所述錨碇的基本最小尺寸，得到錨碇的當前設計構造；
4、s2，計算所述錨碇的當前設計構造在所處區(qū)域的抗滑移安全系數(shù)和抗傾覆安全系數(shù)，并判斷所述抗滑移安全系數(shù)是否大于第一預設閾值，以及判斷所述抗傾覆安全系數(shù)是否大于第二預設閾值中的兩項是否同時成立；若否，進入步驟s31~s34；若是，進入步驟s35；
5、s31，在所述抗滑移安全系數(shù)大于第一預設閾值、以及所述抗傾覆安全系數(shù)大于第二預設閾值中的任一項不成立時，判定所述錨碇的當前設計構造不滿足設計要求，對所述錨碇所處區(qū)域進行排水設計，以降低所述錨碇所處區(qū)域的地下水位；
6、s32，獲取所述錨碇在所處區(qū)域的設計水位，并判斷所述設計水位是否低于或等于錨碇最小設計標高；
7、s33，在所述設計水位低于或等于錨碇最小設計標高時，按照預設體積增量增加所述錨碇的體積，再返回步驟s2；
8、s34，在所述設計水位高于錨碇基底最小標高時，繼續(xù)對錨碇所處區(qū)域進行排水設計，使得所述錨碇在所處區(qū)域的地下水位繼續(xù)下降，再返回步驟s2；
9、s35，判定所述錨碇的當前設計構造滿足設計要求。
10、優(yōu)選地，所述步驟s1具體包括以下步驟：
11、建立橋梁總體模型，并根據(jù)所述橋梁總體模型計算主纜的拉力之和；
12、根據(jù)主纜的拉力之和計算對應所需的錨碇的重量；
13、獲取主纜索股的錨固方式，并根據(jù)所述主纜索股的錨固方式和所述錨碇的重量初步確定前錨室的最小尺寸和后錨室的最小尺寸；其中，所述錨碇包括錨碇主體、用于阻止錨碇主體沿橫橋向滑移的第一多級齒坎、用于阻止錨碇主體沿順橋向滑移的第二多級齒坎，所述錨碇主體內(nèi)部形成有前錨室和后錨室，所述后錨室和所述前錨室對應布設；
14、獲取錨碇所處區(qū)域的巖層分布數(shù)據(jù)和持力層承載力數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述巖層分布數(shù)據(jù)、持力層承載力數(shù)據(jù)以及錨碇的重量確定所述錨碇主體的最小埋深；
15、根據(jù)體積最小原則和基坑開挖量最小的原則確定所述第一多級齒坎的級數(shù)、所述第二多級齒坎的級數(shù)、每級第一多級齒坎的高度以及每級第二多級齒坎的高度。
16、優(yōu)選地，所述錨碇主體包括錨塊和散索鞍支墩基礎，所述散索鞍支墩基礎包括底面為平面的第一部分和底面設置有所述第一多級齒坎的第二部分，所述錨塊包括底面為平面的第三部分和底面設置有所述第二多級齒坎的第四部分，且所述第一多級齒坎的級數(shù)和所述第二多級齒坎的級數(shù)相同。
17、優(yōu)選地，所述步驟s2中計算所述錨碇的當前設計構造在所處區(qū)域的抗滑移安全系數(shù)具體包括以下步驟：
18、s21，采用公式
19、獲取錨碇的抗滑力；其中，，gv為錨碇的重量，ga為錨碇基坑回填土重量，n為設置在錨碇頂部的引橋橋墩的豎向荷載之和，t為主纜的拉力之和，θ為主纜與水平面的夾角，s總為錨碇基底面積，基底巖層的摩擦角，c為基底巖層的粘聚力，為錨碇基底應力；表示第一部分根據(jù)第一多級齒坎的級數(shù)劃分的單元數(shù)，表示第二部分根據(jù)第一多級齒坎的級數(shù)劃分的單元數(shù)，表示第三部分根據(jù)第二多級齒坎的級數(shù)劃分的單元數(shù)，表示第四部分根據(jù)第二多級齒坎的級數(shù)劃分的單元數(shù)；f浮為地下水對錨碇產(chǎn)生的浮力；為第i個單元的基底巖層的摩擦角，為第i個單元的基底巖層的粘聚力，為第i個單元對應的錨碇基底面積；
20、s22，采用公式確定主纜的拉力之和對錨碇產(chǎn)生的滑動力；
21、s23，采用公式計算所述錨碇的當前設計構造在所處區(qū)域的抗滑移安全系數(shù)。
22、優(yōu)選地，所述步驟s2中的抗傾覆安全系數(shù)通過如下步驟得到：
23、s200，采用公式計算所述錨碇的當前設計構造在所處區(qū)域的抗傾覆安全系數(shù)；其中，表示錨碇劃分的單元數(shù)，表示錨碇基坑回填土劃分的單元數(shù)，表示引橋橋墩劃分的單元數(shù)，gvi為錨碇單元的重量，gaj為錨碇基坑回填土單元的重量，nk為引橋橋墩單元的豎向荷載，dvi為第i個錨碇單元和轉動軸的距離，daj為第j個錨碇基坑回填土單元和轉動軸的距離，dnk為第k個引橋橋墩單元和轉動軸的距離，d浮為地下水對錨碇產(chǎn)生的浮力與轉動軸的距離，dt為主纜的拉力之和作用下距離轉動軸的垂距；其中，以錨碇主體的基底前趾線為轉動軸，抗傾覆力矩為錨碇的重量、錨碇基坑回填土的重量、設置在錨碇頂部的引橋橋梁豎向荷載對所述轉動軸產(chǎn)生的力矩之和，傾覆力矩為主纜的拉力之和、地下水產(chǎn)生的浮力對所述轉動軸產(chǎn)生的力矩之和。
24、優(yōu)選地，所述第一預設閾值和所述第二預設閾值均為2.0。
25、優(yōu)選地，所述步驟s31具體包括以下步驟：
26、在所述抗滑移安全系數(shù)小于或等于第一預設閾值、本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括以下步驟：
3.根據(jù)權利要求2所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述錨碇主體包括錨塊和散索鞍支墩基礎，所述散索鞍支墩基礎包括底面為平面的第一部分和底面設置有所述第一多級齒坎的第二部分，所述錨塊包括底面為平面的第三部分和底面設置有所述第二多級齒坎的第四部分，且所述第一多級齒坎的級數(shù)和所述第二多級齒坎的級數(shù)相同。
4.根據(jù)權利要求3所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述步驟S2中計算所述錨碇的當前設計構造在所處區(qū)域的抗滑移安全系數(shù)具體包括以下步驟：
5.根據(jù)權利要求4所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述步驟S2中的抗傾覆安全系數(shù)通過如下步驟得到：
6.根據(jù)權利要求5所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述第一預設閾值和所述第二預設閾值均為2.0。p>
7.根據(jù)權利要求5所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述步驟S31具體包括以下步驟：
8.根據(jù)權利要求7所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述步驟S31具體包括以下步驟：
9.根據(jù)權利要求7所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述步驟根據(jù)所述排水洞流量計算排水洞水流有效斷面面積A具體包括步驟：根據(jù)水力計算公式，計算排水洞水流有效斷面面積A；其中，為流速，，R為水力半徑，，n為排水洞洞壁粗糙系數(shù)，為排水洞濕周，i為排水洞縱坡。
10.根據(jù)權利要求7所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述排水洞流量為錨碇基坑涌水量的2~3倍。
...【技術特征摘要】
1.一種適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述步驟s1具體包括以下步驟：
3.根據(jù)權利要求2所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述錨碇主體包括錨塊和散索鞍支墩基礎，所述散索鞍支墩基礎包括底面為平面的第一部分和底面設置有所述第一多級齒坎的第二部分，所述錨塊包括底面為平面的第三部分和底面設置有所述第二多級齒坎的第四部分，且所述第一多級齒坎的級數(shù)和所述第二多級齒坎的級數(shù)相同。
4.根據(jù)權利要求3所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述步驟s2中計算所述錨碇的當前設計構造在所處區(qū)域的抗滑移安全系數(shù)具體包括以下步驟：
5.根據(jù)權利要求4所述的適用于復雜山區(qū)地形的重力式錨碇的設計方法，其特征在于，所述步驟s2中的抗傾覆安全系數(shù)...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張龍，程麗娟，劉榕，李文武，李瑜，崔劍峰，薛夢歸，石曉冬，李谷，趙波涌，盧江波，夏昌，劉勇，陳亮，喬秋衡，張銘，
申請(專利權)人：湖南省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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