一种护坡椅式锚索桩组合结构及其计算方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115455528A(43)申请公布日2022.12.09(21)申请号202211046379.0G06F119/14(2020.01)(22)申请日2022.08.30(71)申请人河南大学地址450046河南省郑州市郑东新区明理路北段379号申请人河南省自然资源监测院(72)发明人王浩晏田田潘登马利群付德伟张建伟张敏(74)专利代理机构郑州优盾知识产权代理有限公司41125专利代理师张彬(51)Int.Cl.G06F30/13(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F17/13(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称一种护坡椅式锚索桩组合结构及其计算方法(57)摘要本发明提出了一种护坡椅式锚索桩组合结构及其计算方法，解决了易风化岩质边坡使用抗滑桩深埋难开挖、浅埋无法保持桩前长期稳定的问题；其组合结构包括椅式桩、预应力锚索和挂板；椅式桩包括前桩、后桩和斜梁，前桩桩顶标高低于后桩桩底标高，前桩深入风化岩石层内部；后桩处于悬臂状态，相邻的前桩之间设有挂板；前桩和后桩通过斜梁相连，斜梁的两端分别与前桩顶端、后桩底端刚性连接，斜梁紧贴地面并在斜梁上设置两排预应力锚索，预应力锚索的一端固定在斜梁上，预应力锚索的另一端固定在边坡稳定的岩土体中，两排预应力锚索分别靠近斜梁两端。本发明推导出了椅式锚索桩内力计算公式，实现了对高陡易风化岩质路堤边坡的支护。CN115455528ACN115455528A权利要求书1/3页1.一种护坡椅式锚索桩组合结构，其特征在于，包括椅式桩、预应力锚索和挂板；椅式桩包括前桩、后桩和斜梁，前桩桩顶标高低于后桩桩底标高，前桩深入风化岩石层内部；后桩处于悬臂状态，相邻的前桩之间设有挂板；前桩和后桩通过斜梁相连，斜梁的一端与前桩顶端刚性连接，斜梁的另一端与后桩底端刚性连接，斜梁紧贴地面并在斜梁上设置两排预应力锚索，预应力锚索的一端固定在斜梁上，预应力锚索的另一端固定在边坡稳定的岩土体中，两排预应力锚索分别靠近斜梁两端。2.一种如权利要求1所述的护坡椅式锚索桩组合结构的计算方法，其特征在于，其步骤如下：搭建椅式抗滑桩计算模型，计算椅式桩前桩与后桩桩身内力；斜梁承受锚索拉力、地基反力及前桩和后桩的作用力；基于后桩、斜梁重力荷载以及边坡与斜梁之间的摩擦力，在温克尔模型假定下，根据斜梁承受的作用力建立斜梁的挠曲线微分方程，并计算斜梁内力。3.根据权利要求2所述的护坡椅式锚索桩组合结构的计算方法，其特征在于，所述斜梁内力的计算方法为：设定后桩桩长为h1、斜梁长度为h2、前桩桩长为h3；斜梁与后桩桩底连接处B点斜梁的弯矩MB及剪力QB的计算如下：MB＝M；其中，M为填土水平推力作用于后桩桩底B点处的弯矩，Q为填土水平推力作用于后桩桩底B点处的剪力；为边坡坡度；G1为后桩桩身重力；且G1＝γabh1g，γ为桩体容重，a为抗滑桩截面长度，b为抗滑桩截面宽度，g为重力加速度；根据弹性地基梁理论，建立斜梁的挠曲线微分方程：其中，E为斜梁的弹性模量，I为斜梁的惯性矩，k为基床系数，q(x)为梁上荷载；通过对斜梁的挠曲线微分方程进行数学求解，得到斜梁C点处内力和位移的计算公式：2CN115455528A权利要求书2/3页其中，yc为C点处斜梁位移，yB为B点处斜梁位移，θB为B点处斜梁转角，α为特征系数，P为锚索拉力，为锚索锚固角，x为斜梁计算点距原点的距离，xc为计算点C点距斜梁原点的距离，x1为第一排锚索距斜梁原点的距离，x2为第二排锚索距斜梁原点的距离，且θc为C点处斜梁转角，Mc为C点处斜梁弯矩，Qc为C点处斜梁剪力；由地基系数法计算前桩桩顶水平位移xcd及转角θcd：其中，M1为前桩桩顶处的弯矩，Q1为前桩桩顶处的剪力，β为前桩的变形系数，φ1、φ2、φ3、φ4为地基系数法的影响值函数，且Mc＝Mcb；其中，Ncb为斜梁轴力，Qcb为C点处斜梁剪力，G2为斜梁重力，Fs为斜梁所受摩檫力，且G2＝γabgh2，μ为斜梁与坡面的摩擦系数；令根据C点处位移连续，斜梁C点处水平位移与前桩桩顶水平位移相等、转角相等，得到：3CN115455528A权利要求书3/3页θc＝θcd；斜梁与后桩底端连接处的位移yB和转角θB的计算方法为：根据斜梁上锚索作用位置，斜梁内力的计算分为xBx1段的斜梁内力、x1x2段的斜梁内力和x2xc段的斜梁内力；当xB≤x≤x1时，即斜梁xBx1段任一截面处的剪力Qx及弯矩Mx的计算公式如下：当x1≤x≤x2时，即斜梁x1x2段任一截面处的剪力Qx及弯矩Mx的计算公式如下：当x2≤x≤xc时，即斜梁x2xc段任一截面处的剪力Qx及弯矩Mx的计算公式如下：4CN115455528A说明书1/9页一种护坡椅式