CN105625422A - 一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法 - Google Patents

一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法，包括以下步骤：步骤一，确定群桩组合式锚碇需要提供的水平承载力Rs和群桩基础的水平承载力Rp，预应力锚索进行第一次张拉；步骤二，根据缆索吊机在最不利吊重状态下的主索最大水平力Hm确定群桩组合式锚碇需提供的最大水平承载力Rm，预应力锚索进行第二次张拉；步骤三，将Rs与群桩基础的水平承载力Rp进行比较，确定在自重状态下的主索水平力锚固需要的条件；步骤四，以缆索吊机安装完成后的工况为基础，确定在最大吊重状态下的主索水平力锚固需要的条件。本发明，群桩组合式锚碇的综合水平承载力最大提高至群桩基础水平承载力的4倍，在锚固力不变的前提下，可有效减小群桩基础的数量。

Description

一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法
技术领域
本发明涉及群桩组合式锚碇设计方法，具体涉及一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法。
背景技术
常见的群桩组合式锚碇一般是在群桩基础上外加辅助预应力锚索，以达到提高群桩基础水平承载力的目的，其结构主要由群桩基础和预应力锚索两部分组成。预应力锚固施工时，预应力锚索将对群桩基础产生较大的与主索锚固力方向相反的水平荷载，由于群桩基础的水平承载力有限，因此群桩组合式锚碇的综合水平承载力最大不超过群桩基础水平承载力的2倍。而很多时候这种大小的水平承载力度并不能完全满足工程的需求，只能通过增加群桩基础的工程量来提高总的水平承载力，造成施工不便，成本增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：对于大吨位缆索吊机，常规群桩组合式锚碇的水平承载力度并不能完全满足工程的需求，需要通过增加群桩基础的工程量来提高总的水平承载力，从而造成施工不便，成本增加的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法，包括以下步骤：
步骤一，根据缆索吊机在自重状态下的主索水平力Hs确定群桩组合式锚碇需要提供的水平承载力Rs，其中Rs＝S×Hs(S为安全系数)，再根据群桩基础的结构形式和地质特征对其进行水平承载力计算，确定其水平承载力Rp，将预应力锚索进行第一次张拉产生张拉力Ra1；
步骤二，根据缆索吊机在最不利吊重状态下的主索最大水平力Hm确定群桩组合式锚碇需提供的最大水平承载力Rm，其中Rm＝S×Hm(S为安全系数)，将预应力锚索进行第二次张拉产生张拉力Ra2；
步骤三，将Rs与群桩基础的水平承载力Rp进行比较，并进行如下两种条件的初步判断：
【1】、若Rp>Rs，则将主索直接锚固到群桩基础上，即Ra1＝0，
【2】、若Rp<Rs，则需再进行如下判断：
(1)若Rs<2Rp，则对预应力锚索进行第一次张拉并产生张拉力Ra1，
(2)若Rs>2Rp，则群桩组合式锚碇无法采用，
满足以上两个条件后，群桩组合式锚碇可满足缆索吊机在自重状态下的主索水平力锚固需要；
步骤四，以缆索吊机安装完成后的工况为基础，继续进行如下两个条件的判断：
【1】、若Rp+Ra1>Rm，则无需对预应力锚索进行张拉，群桩组合式锚碇的水平承载力已可满足缆索吊施工的需要，即Ra2＝0，
【2】、若Rp+Ra1<Rm，则需再进行如下判断：
(1)若Rm<2Rp+Rs，则对预应力锚索进行第二次张拉并产生张拉力Ra2，
(2)若Rm>2Rp+Rs，则群桩组合式锚碇无法采用；
满足以上两个条件后，群桩组合式锚碇可满足缆索吊最大吊重状态下的主索水平力锚固需要。
在上述方案中，在将预应力锚索进行第一次张拉时需要满足的条件是Ra1<Rp，在将预应力锚索进行第二次张拉时需要满足的条件是Ra2<Rp+Rs-Ra1。
在上述方案中，群桩组合式锚碇包括群桩基础及其外加的辅助预应力锚索，缆索吊机的主索通过锚固结构与群桩基础连接成整体。
在上述方案中，锚固结构包括锚箱和预埋件，锚箱通过预埋件锚固在群桩基础上，作为群桩基础与主索之间的连接件。
在上述方案中，群桩组合式锚碇的综合水平承载力的极限值为群桩基础水平承载力的4倍。
本发明，根据缆索吊机在施工过程中主索的锚固力存在自重最不利阶段和吊重最不利施工阶段的典型受力特征，对群桩组合式锚碇的预应力锚索进行分阶段设计，以此达到缆索吊机在施工过程中群桩组合式锚碇的群桩基础受力最优的目的,相比常规方法可将群桩组合式锚碇的综合水平承载力最大提高至群桩基础水平承载力的4倍，在锚固力不变的前提下，可有效减小群桩基础的数量，具有显著的经济性和适用性。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明中主索锚固前第一次张拉预应力锚索后群桩组合式锚碇的受力图；
图3为本发明中主索锚固后在最大自重状态下群桩组合式锚碇的受力图；
图4为本发明中主索锚固后在最大自重状态下第二次张拉预应力锚索后群桩组合式锚碇的受力图；
图5为本发明中在主索最大受力状态下群桩组合式锚碇受力图；
图6为本发明中群桩基础受力图示(一)；
图7为本发明中群桩基础受力图示(二)。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做出详细说明。
如图1所示，群桩组合式锚碇包括群桩基础10及其外加的辅助预应力锚索20，缆索吊机(图中未显示)的主索30通过锚固结构与群桩基础10连接成整体，其中锚固结构包括锚箱40和预埋件41，锚箱40通过预埋件41锚固在群桩基础10上，作为群桩基础10与主索30之间的连接件。
本发明提供的一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法，结合图2，在主索30锚固前，第一次张拉预应力锚索20后，群桩基础10受到的反力与预应力锚索20水平分力反向；结合图3，主索30锚固后，在缆索吊机的最大自重状态下，当群桩基础10反力与预应力锚索20水平分力同向时，群桩组合式锚碇在本阶段可承受的水平锚固力达到最大；结合图4，在主索30锚固后，在缆索吊机的最大自重状态下，第二次张拉预应力锚索20，使群桩基础10反力再次与预应力锚索20水平分力反向，群桩组合式锚碇可承受的水平锚固力达到最大；结合图5，缆索吊机在主索30最不利吊重状态下，当群桩基础10反力与预应力锚索20水平分力同向且其反力达到其水平承载力时，群桩组合式锚碇承受的锚固力也达到承载力的极限状态，也就是可满足主索30锚固的最大承载力状态；结合图6和图7，在群桩组合式锚碇施工过程中，群桩基础10所受的荷载不断变化，群桩基础10承受的主索30的锚固力和预应力锚索20的锚固力均不断增大；在群桩组合式锚碇施工过程中，群桩基础10所承受的主索30的锚固力和预应力锚索20的锚固力均不断增大，但是群桩基础10所受外荷载的合力数值一直小于其水平承载力，此时群桩基础10受力达到最优，群桩组合式锚碇的综合水平承载力最大可达到群桩基础水平承载力的4倍。
具体包括以下步骤：
步骤一，根据缆索吊机在自重状态下的主索30水平力Hs确定群桩组合式锚碇需要提供的水平承载力Rs，其中Rs＝S×Hs(S为安全系数)，再根据群桩基础10的结构形式和地质特征对其进行水平承载力计算，确定其水平承载力Rp，将预应力锚索20进行第一次张拉产生张拉力Ra1，在将预应力锚索20进行第一次张拉时需要满足的条件是Ra1<Rp，此时，在主索30锚固前，第一次张拉预应力锚索20后，群桩基础10反力与预应力锚索20水平分力反向；
步骤二，根据缆索吊机在最不利吊重状态下的主索30最大水平力Hm确定群桩组合式锚碇需提供的最大水平承载力Rm，其中Rm＝S×Hm(S为安全系数)，将预应力锚索20进行第二次张拉产生张拉力Ra2，在将预应力锚索20进行第二次张拉时需要满足的条件是Ra2<Rp+Rs-Ra1；
步骤三，将Rs与群桩基础10的水平承载力Rp进行比较，并进行如下两种条件的初步判断：
【1】、若Rp>Rs，则将主索30直接锚固到群桩基础10上，即Ra1＝0；
【2】、若Rp<Rs，则需再进行如下判断：
(1)若Rs<2Rp，则对预应力锚索20进行第一次张拉并产生张拉力Ra1，
(2)若Rs>2Rp，则群桩组合式锚碇无法采用，
满足以上两个条件后，群桩组合式锚碇可满足缆索吊机在自重状态下的主索30水平力锚固需要；
步骤四，以缆索吊机安装完成后的工况为基础，继续进行如下两个条件的判断：
【1】、若Rp+Ra1>Rm，则无需对预应力锚索20进行张拉，群桩组合式锚碇的水平承载力已可满足缆索吊机施工的需要，即Ra2＝0，
【2】、若Rp+Ra1<Rm，则需再进行如下判断：
(1)若Rm<2Rp+Rs，则对预应力锚索20进行第二次张拉并产生张拉力Ra2，
(2)若Rm>2Rp+Rs，则群桩组合式锚碇无法采用，
满足以上两个条件后，群桩组合式锚碇可满足缆索吊机最大吊重状态下的主索水平力锚固需要。
本发明，根据缆索吊机在施工过程中主索30的锚固力存在自重最不利阶段和吊重最不利施工阶段的典型受力特征，结合群桩组合式锚碇中群桩基础10可双向受力，预应力锚索20仅可单项受力的特点，在充分利用群桩基础10水平承载力的基础上，将缆索吊机的主索30的锚固力按自重最不利阶段和吊重最不利施工阶段进行分解，再对群桩组合式锚碇的预应力锚索20对应缆索吊机的主索30不同阶段的锚固力进行分批设计，使缆索吊机在不同施工阶段的群桩组合式锚碇水平承载力满足主索30锚固的需要，同时有效降低群桩组合式锚碇的群桩基础10所受的水平荷载，以此达到缆索吊机在施工过程中群桩组合式锚碇的群桩基础10受力最优的目的。相比常规设计，本方法可将群桩组合式锚碇的综合水平承载力最大的极限值提高至群桩基础水平承载力的4倍，在设计锚固力不变的前提，大大减小群桩基础的工程量，同时可避免对预应力锚索进行一次性整体张拉从而导致群桩基础破坏的问题，具有显著的经济性和实用性。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据缆索吊机在自重状态下的主索水平力Hs确定群桩组合式锚碇需要提供的水平承载力Rs，其中Rs＝S×Hs(S为安全系数)，再根据群桩基础的结构形式和地质特征对其进行水平承载力计算，确定其水平承载力Rp，将预应力锚索进行第一次张拉产生张拉力Ra1；
步骤二，根据缆索吊机在最不利吊重状态下的主索最大水平力Hm确定群桩组合式锚碇需提供的最大水平承载力Rm，其中Rm＝S×Hm(S为安全系数)，将预应力锚索进行第二次张拉产生张拉力Ra2；
步骤三，将Rs与群桩基础的水平承载力Rp进行比较，并进行如下两种条件的初步判断：
【1】、若Rp>Rs，则将主索直接锚固到群桩基础上，即Ra1＝0，
【2】、若Rp<Rs，则需再进行如下判断：
(1)若Rs<2Rp，则对预应力锚索进行第一次张拉并产生张拉力Ra1，
(2)若Rs>2Rp，则群桩组合式锚碇无法采用，
满足以上两个条件后，群桩组合式锚碇可满足缆索吊机在自重状态下的主索水平力锚固需要；
步骤四，以缆索吊机安装完成后的工况为基础，继续进行如下两个条件的判断：
【1】、若Rp+Ra1>Rm，则无需对预应力锚索进行张拉，群桩组合式锚碇的水平承载力已可满足缆索吊施工的需要，即Ra2＝0，
【2】、若Rp+Ra1<Rm，则需再进行如下判断：
(1)若Rm<2Rp+Rs，则对预应力锚索进行第二次张拉并产生张拉力Ra2，
(2)若Rm>2Rp+Rs，则群桩组合式锚碇无法采用；
满足以上两个条件后，群桩组合式锚碇可满足缆索吊最大吊重状态下的主索水平力锚固需要。
2.如权利要求1所述的一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法，其特征在于，在将预应力锚索进行第一次张拉时需要满足的条件是Ra1<Rp，在将预应力锚索进行第二次张拉时需要满足的条件是Ra2<Rp+Rs-Ra1。
3.如权利要求1所述的一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法，其特征在于，群桩组合式锚碇包括群桩基础及其外加的辅助预应力锚索，缆索吊机的主索通过锚固结构与群桩基础连接成整体。
4.如权利要求3所述的一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法，其特征在于，锚固结构包括锚箱和预埋件，锚箱通过预埋件锚固在群桩基础上，作为群桩基础与主索之间的连接件。
5.如权利要求1所述的一种适用于大吨位缆索吊机的群桩组合式锚碇设计方法，其特征在于，群桩组合式锚碇的综合水平承载力的极限值为群桩基础水平承载力的4倍。
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