考虑永久位移的锚索框架减震锚头弹簧组件合理刚度研究

摘要

强震作用下预应力框架锚索可能出现内锚段松脱、锚索拉断等震害，在锚头处设置弹簧是一种新型抗震措施，而弹簧刚度的合理选取对改善锚索受力至关重要。建立在锚头处设置弹簧预应力锚索框架的加固基岩-覆盖层边坡三维数值模型，研究边坡在不同峰值加速度、不同持时地震波作用下响应规律，调整锚索-弹簧串联体系等效刚度大小，分析坡体永久位移和锚索轴力减载比随弹簧刚度的非线性变化特征；以控制边坡位移及锚索减载效果为目标，提出弹簧组件的合理刚度确定方法。研究表明：随弹簧刚度降低，缓冲减震作用逐渐显著；坡顶水平加速度受刚度变化影响较小，但当弹簧刚度低于临界值后边坡位移及弹簧变形量急剧增加；以边坡永久位移实际调查经验限值为首要控制条件，结合位移、弹簧峰值行程随刚度变化拟合“直-曲分界点”曲线，以共同确定弹簧刚度下限；同理，依据减载比拟合曲线轴力削减明显区段得出刚度上限，以保证一定工程经济性。针对算例模型取永久位移10 cm、拟合曲线曲率k小于0.002k_max作为直曲分界判断依据，得0.4g～0.6g强震下弹簧刚度区间为（2.5,3.8） kN/mm,研究方法可为边坡预应力锚固工程抗震设计提供参考。

关键词

减震弹簧锚头 / 合理刚度 / 锚索减载比 / 永久位移控制 / 数值模拟