【摘要】：作為大型錨固工程中的主要支護(hù)手段,錨索能嵌入穩(wěn)定的巖體中,將破裂或不穩(wěn)定巖體(塊)與牢固穩(wěn)定的巖體連結(jié)在一起,使錨固結(jié)構(gòu)整體承載力大大提高,且具有結(jié)構(gòu)簡單、工程適應(yīng)性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn),因而在礦山、水電、交通、建筑等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。錨索的張拉力狀態(tài)關(guān)系到錨固工程的安全與穩(wěn)定,但在實(shí)際錨固工程中,其張拉力狀態(tài)不可避免會受到各種因素的影響,因而錨索張拉力狀態(tài)檢測一直是工程界關(guān)注的重要課題。但目前的錨索張拉力檢測手段存在諸多缺陷與不足,亟待相關(guān)理論與檢測手段的進(jìn)一步研究。本文提出利用非線性振動特性來檢測錨索張拉力狀態(tài)的方法,對試驗(yàn)構(gòu)件加載狀態(tài)下的自由振動加速度信號進(jìn)行解析模式分解、希爾伯特變換等處理,得到反映構(gòu)件界面狀態(tài)非線性振動程度的指標(biāo)——頻率變化量,然后通過分析不同張拉力狀態(tài)錨索體系界面狀態(tài)的變化規(guī)律,從而建立錨索張拉力狀態(tài)與構(gòu)件非線性特性變化的關(guān)系,結(jié)果證明利用非線性振動特性識別錨索張拉力狀態(tài)有一定的可行性。本文的主要內(nèi)容和結(jié)論包括:(1)介紹了帶自由段預(yù)應(yīng)力錨索與全長粘結(jié)性錨索的構(gòu)造以及區(qū)別,闡述了錨索體系的傳力機(jī)理和破壞模式,深入分析了錨索張拉力作用下注漿體界面脫粘發(fā)展的變化規(guī)律。(2)簡述了激振下彈性應(yīng)力波的基本特性,詳細(xì)分析了橫向激振下錨墊板以及錨索索體的振動模型,并結(jié)合軸向錨索張拉力作用對振動模型非線性的成因以及變化進(jìn)行了詳細(xì)分析。(3)介紹了振動與振動信號的分類,重點(diǎn)對比了幾種非平穩(wěn)振動信號的處理方法,針對試驗(yàn)信號的非線性振動特性,詳細(xì)分析了本文要用到的解析模式分解、希爾伯特等方法的適用性并進(jìn)行了仿真算例驗(yàn)證。(4)設(shè)計(jì)制作了3個(gè)錨索構(gòu)件,進(jìn)行錨索張拉力狀態(tài)的非線性振動特性研究試驗(yàn),對構(gòu)件各分級加載的自由振動加速度信號的處理分析,得到構(gòu)件在各級加載下的頻率-振幅曲線以及反映非線性振動程度的指標(biāo)。(5)對頻率-振幅曲線與頻率變化量進(jìn)行分析,得到以下結(jié)論:錨墊板處和錨索中部的頻率-振幅曲線呈現(xiàn)出明顯的非線性特性,即頻率隨振幅的增大而減小;錨索中部的非線性特性受注漿段界面以及錨墊板界面效應(yīng)的疊加影響;錨墊板處的非線性特性主要來自于錨墊板和混凝土之間的界面效應(yīng),錨索張拉力越大,非線性程度越大。本文以前人的研究為基礎(chǔ),利用非線性振動理論,研究錨索張拉力的改變與非線性振動特性變化的關(guān)系,主要創(chuàng)新點(diǎn)包括:深入分析錨索錨固段注漿體界面的脫粘發(fā)展以及橫向激勵下錨索結(jié)構(gòu)的振動模型,試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了界面脫粘發(fā)展以及振動模型合理。設(shè)計(jì)并進(jìn)行了錨索張拉力狀態(tài)的非線性振動特性研究試驗(yàn),信號檢測過程不會對錨固結(jié)構(gòu)造成破壞,試驗(yàn)檢測儀器安裝方便,試驗(yàn)操作簡單易廣泛應(yīng)用。對加載狀態(tài)下構(gòu)件自由振動信號進(jìn)行解析模式分解和希爾伯特變換分析處理,有效引入一個(gè)非線性振動特性指標(biāo)——頻率變化量,試驗(yàn)驗(yàn)證了利用界面效應(yīng)引起的非線性特性判斷錨索的張拉狀態(tài)的可行性。
【圖文】：

2.2 錨索的基本構(gòu)造及分類2.2.1 錨索的組成錨索主要是由索體、錨夾具、錨墊板、錨固劑以及其它輔助構(gòu)件組成，各構(gòu)件的種類、規(guī)格和質(zhì)量等都要滿足國家現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范[46]。此外，錨索的選擇以及與其相關(guān)的其他構(gòu)件的種類和規(guī)格及其配置方式都要根據(jù)實(shí)際的錨固工程需求工程規(guī)模以及施工地點(diǎn)的實(shí)際工程條件來確定。① 索體錨索索體材料通常采用鋼絞線或者鋼絲，，材料具備高強(qiáng)度、高韌性、低松弛等特性，具有一定的柔性同時(shí)兼具一定的剛度。索體通常是由幾束經(jīng)過除繡及調(diào)直處理的索線沿同一中心軸螺旋捻制編束而成的，編束時(shí)，錨索索線一定要逐根順暢，不能紊亂。索線性能會直接影響錨索的錨固性能與錨固工程的使用壽命，錨索索體有多種規(guī)格的公稱直徑，其中包括 12.7mm、15.24mm、17.8mm 以及18.9mm 等尺寸，每種公稱直徑規(guī)格又有 2 束、3 束、7 束等多種鋼絞線束捻制結(jié)構(gòu)形式，其構(gòu)造如圖 2.1 所示。

結(jié)構(gòu)mmmm積mm2kg/mMpakN小荷載kN%%%1x7標(biāo)準(zhǔn)型15.24 140 1.11470 206 1853.51570 220 19860 <1.0+0.4 1670 234 211-0.2 1720 241 21770 <2.51860 260 2341960 274 247 80 <4.5②錨夾具錨夾具是錨索體系中用來固定錨索的裝置，主要作用是調(diào)整錨索的拉力，并將錨索的拉力通過錨墊板承壓轉(zhuǎn)移到被錨巖體上。常見的張拉端錨具是用于張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線的夾片式錨具（YJM），其中包括鎖具和夾片，兩者按照錨索索體的規(guī)格搭配使用。常見的 7 束 15.24mm 的單根錨索錨夾具示意圖如圖 2.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU476

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2678739