预应力压力型锚索剪应力有限元分析研究

■马杰

（陕西省交通规划设计研究院陕西西安710065）

预应力压力型锚索剪应力有限元分析研究

■马杰

（陕西省交通规划设计研究院陕西西安710065）

本文对预应力锚索采用有限元方法进行研究，对在此工程中主要用到的锚索类型压力型锚索的作用机理进行数值模拟分析；研究其锚固体上剪应力分布的特征就可以得出压力型锚索的受力情况。

压力型预应力锚索剪应力有限元

1 绪论[1]

压力型锚索取代传统的拉力型锚索是预应力锚索技术发展的趋势。目前在各类边坡治理，地下工程及深基坑支护等工程中最常用的新型锚索结构形式为压力分散型。

预应力荷载变化的规律一直是国内外工程界关注的焦点，本文对预应力压力型锚索剪应力进行有限元方法研究得出压力型锚索的受力情况。

2 预应力锚索压力型受力的有限元模拟[2]-[4]

利用ansys10.0有限元软件进行模拟和分析压力集中型锚索受力特征。文中采用在两个端节点上施加一对相向的集中力模拟预应力，预锚力的传递规律采用三维实体单元和面-面接触关系来模拟锚索与胶结体之间的传力和滑移特性。(有限元网格划分图见图1—图3;有限元模型尺寸见表1，材料的力学参数见表2。

表1 有限元模型尺寸

表2 材料力学参数

图1 锚索整体网格划分图

图2 锚索局部网格划分图

图3 摩擦单元接触关系图

图4 锚索整体剪应力云图

3 预应力锚索压力型受力的有限元分析

图5 预应力300KN剪应力条形图

图6 预应力600KN剪应力条形图

图7 预应力900KN剪应力条形图

模型剪应力图分析：

在预应力作用下，模型的剪应力图如图4—5。

从图4可以看出，在内锚固段的两个端部分别出现了压应力集中和拉应力集中现象，在内锚固段中前部为拉压应力交界区。在自由段末端为压应力区。拉应力仅仅只影响内锚固段，即土体下滑力都由锚固段承担，最大的拉应力值出现在内锚固段后端附近。从图5—7可以看出，逐渐增大预应力，则锚固段表面的剪应力越大，但如果预张拉力过大时，则可能会发生灌浆体与岩体表面的破坏或灌浆体与锚索表面的破坏，因而内锚固段上破坏的长度也越长。最后通过有限元的后处理工具，对土体应力进行追踪分析，锚索张拉在锚墩周边岩体中形成了一定范围的压应力区，压应力在锚索中心处范围最大，沿径向逐渐减小；压应力区的存在对于边坡工程中开挖卸荷引起的松动区有较大的改善作用，说明加锚后改善了岩体的应力状态，锚固效果是明显的。

[1]刘玉堂，翟金明.常用预应力锚索的结构和特点 [J],.预应力技术,2005.

[2]中国岩石力学与工程学会岩石锚固与注浆技术专业委1会.锚固与注浆技术手册[M].北京：中国电力出版社，1995.

[3]李聚金，蒋楚生.预应力锚索技术在滑坡治理中的应用 [A].滑坡文集编委会主编.滑坡文集 (第十一集)[C].北京：中国铁道出版社，1994.

[4]张发明，陈祖煌，刘宁，赵维炳.确定预应力锚索设计参数的优化方法 [J].预应力技术，2005.

TU757[文献码]B

1000-405X（2016）-6-168-2