加固设计论文范文

加固设计论文篇1

关键词：桥梁病害检测试验加固设计效益

冯官屯大桥位于104国道河北省沧州市境内，桥梁全长183.9米，桥宽为净7+2×0.5米人行道。桥梁上部构造为13孔跨径14.1米的钢筋混凝土工字梁微弯板组合梁桥每孔5片主梁，中距1.60米，无横隔梁，梁端设沥青油毛毡支座，钢筋混凝土摆柱式支座和弧形钢板支座，桥梁下部为钻孔灌注桩基础，单排双柱式桥墩，T形盖梁墩台。

该桥于1966年建成，设计荷载为汽—13，挂—60，通车运营30年来为当地的国民经济和社会发展作出巨大贡献。但随着交通量的日益增大，重型车过桥增多，桥梁适应度明显不足，技术状况有所降低，至检测加固前已限载限速通行。

为了彻底了解桥梁现有的病害及缺损状况，确定桥梁现有承载能力，为桥梁的适应度改善和维修加固提供确切的技术依据，沧州市交通局委托有关部门对冯官屯大桥进行了全面的质量检测和承载力试验鉴定。现将过程简述如下：

一、质量检测

（一）、现状调查：

检测人员通过目力借助物理量测工具对全桥上、下部构造进行了全面的表观调查，结论如下：

1．桥面系及栏杆部分：桥面铺装损坏较严重，出现大量网裂、坑槽，纵缝，伸缩缝大都堵塞、凹陷或缺损，栏杆开裂，混凝土剥落，露筋部位严重锈蚀，泄水管堵塞，桥面排水不畅。

2．工字梁微弯板：主梁跨中大部出现大量竖向裂缝，混凝土保护层剥落，受拉区主筋部分锈蚀。主梁端部出现斜裂缝，已发展到梁顶区域，部分少筋微弯板出现纵向裂缝，甚至断裂。

3．支座、盖梁桥墩：多数盖梁有不同程度混凝土胀裂，钢筋锈蚀，混凝土脱落现象，桥墩大都有胀裂现象，部分桩柱倾斜，油毛毡支座老化，已失去作用。

4．桥面纵向线形和横坡：全桥跨中均有不同程度的下挠，增加了行车的冲击系数，测得桥面横坡为0.3%，小于设计值1.5%。

（二）、详细检查：

为了对桥梁作出切合实际的科学评价，在对桥梁作了一般表观检查后，又选取有代表性的12#孔进行详细检查，检查项目包括：

1．裂缝详细检查：

2．混凝土碳化深度检查：平均碳化深度为L=1.06cm。

3．混凝土强度检查：利用超声波测得平均声速为3744.76m/s，说明质量较好。

4．混凝土保护层厚度及钢筋分布：测得保护层平均厚度为2.675cm，不满足《公路桥涵设计规范》中不小于3cm的要求。

5．氯离子含量测定。

6．钢筋锈蚀检测：根据主梁钢筋暴露检查与实测的电池电位确定为锈蚀。

7．结构细部尺寸测量。

（三）、病害分析：

1．竖向裂缝是因正截面强度不足引起，原设计荷载较低，实际运营荷载已超出此标准，承载能力不足。

2．斜裂缝产生是因斜截面强度不足造成，特别是支点至1/8L处截面尺寸偏小。

3．原设计有2道中横梁，施工时并未实施，使得整体横向刚度太小，主梁扭转变形约束不足，横向弯矩全部由少筋微弯板承担。

4．油毛毡和钢支座基本失效，主梁纵向位移受到约束，一方面加剧了支座处主梁局部承压区的混凝土安全性，为斜裂缝的开展提供了可能，另一方面上构附加力传递到墩台上，使桩柱受力加大且不合理，桩柱产生较大变形。

二、荷载试验

通过全面质量检测发现，主梁普遍保护层偏小，梁内主筋处于锈蚀状态，主筋表面存在大量结构受力裂缝，不少裂缝基本贯穿全腹梁高度，为查明这些裂缝对主梁承载力所造成的影响，鉴定桥梁正常使用的承载能力，为病害处理和加固方案提供基础数据和技术资料，检测人员进行了静、动载试验，以确定桥梁在汽—15，挂—80和汽—20，挂—100荷载作用下的承载性能和抗力效应，清楚桥梁的自振特性及其动力响应。试验中选取具有普遍病害代表性的11#—12#墩间结构作为对象。

（一）、静力荷载试验：

试验内容：

1．检测主梁跨中正截面抗力效应及主梁竖向刚度。

2．评定主梁梁端斜截面抗剪强度。

3．检测桥墩抵抗最大垂直荷载能力。

试验荷载：

车型

重量(KN)

车号

A2

A4

A6

A9

三轴太脱拉

前轴

49.7

53.0

57.8

57.8

中轴

117.8

113.45

114.15

108.85

后轴

117.8

113.45

114.15

108.85

总重

117.8

279.9

286.1

276.5

加载工况：

1.跨中最大正弯矩偏载最不利位置。

2.跨中最大正弯矩对称布载最不利位置。

3.支点斜截面剪力偏载最不利位置。

4.支点斜截面剪力对称布载最不利位置。

5.桥墩最大垂直力偏载最不利位置。

6.桥墩最大垂直力对称布载最不利位置。

观测项目：

1．主梁跨中截面下缘钢筋应力。

2．主梁跨中和支点变形以及桥墩沉降与盖梁变形。

3．支点斜截面剪应力。

4．控制截面裂缝受载扩展情况。

试验结果及分析：

1．主梁跨中挠度：

工况

挠度值（mm）

1#

2#

3#

4#

5#

1

7.702

10.035

9.755

8.056

3.953

2

7.289

9.875

10.961

9.875

7.289

2．试验荷载下主梁横向分布系数与理论计算值

工况

1#

2#

3#

4#

5#

1

实测

0.195

0.254

0.247

0.204

0.1000

理论值

0.4379

0.4765

0.5139

0.3880

0.1830

2

实测

0.165

0.224

0.249

0.216

0.149

理论值

0.3105

0.4332

0.5133

0.4332

0.3105

3．跨中各级荷载作用下主梁下缘混凝土应变实测值(μξ)

工况

1#梁

2#

3#

4#

5#

1

305.92

388.48

387.50

340.84

156.88

2

280.32

380.56

413.03

386.97

253.14

4.由实测混凝土应变推求的主梁钢筋应力(MPa)

工况

1#梁

2#

3#

4#

5#

1

64.24

81.58

81.38

71.58

32.95

2

58.87

79.92

86.74

81.26

53.16

5.支点试验实测主梁梁端主拉应力（kg/m2）

工况

2#

3#

3

计算

10.87

10.57

实测

9.82

6.58

4

计算

9.58

10.65

实测

8.52

9.72

6.桥墩及盖梁变形表(mm)

工况

上游侧墩

盖梁

下游侧墩

5

0.258

0.415

0.173

预加载

0.134

0.33

0.178

结论：

1．实测的跨中荷载分布系数与理论值不相符，试验时边梁横向分布系数略大于理论值，但较为接近，由于中、边梁采用等强度设计，这种不符无影响。

2．主梁的裂缝均属于活动性结构裂缝，在试验荷载作用下，主梁的应变基本服从平截面假定，实测中性轴高度略低于理论计算值，说明参与主梁受拉混凝土的高度已较小，在保证主梁设计总体安全度的情况下，主梁无超载潜力可挖。

3．试验荷载下，实测主梁应力结构校验系数和挠度校验系数在0.756~0.885和0.753~0.842之间，高于一般桥梁的0.55~0.60，此外主梁的开裂虽满足规范要求但跨中截面扩展宽度较大，并伴随有新的裂缝产生，残余挠度介于10.21~17.86%，虽小于20%，但值较高。

4．在试验荷载作用下，主梁斜截面及桥墩沉降均可得到保证。

（二）、动力荷载试验：

动载试验实测一阶竖向自振频率为3.099HZ，满足钢筋混凝土简支梁桥不小于3.099HZ的要求，实测阻尼比较大为0.865%，高于混凝土结构无裂缝界限0.5%，实测桥跨结构冲击系数为1+μ=1.235，接近理论计算值1.23475，由此表明：桥跨结构动力性能一般。

三、承载力验算

冯官屯大桥位于104国道上，是进出京津的主要通道，交通量大，重车多，原桥设计标准低，适应度明显不足，因此有必要对大桥主要承重结构通行汽—20，挂—100的可行性进行评估验算。

验算内容包括：主梁正截面强度，支点斜截面抗剪强度，主梁刚度及裂缝宽度，盖梁正截面强度，桩基垂直承载力分析以及支座验算：

通过承载验算，结论如下：

1．冯官屯大桥工字梁微弯板组合梁主要承重构件控制截面的强度、刚度、裂缝宽度以及桩基承载力都能满足汽—15，挂—80的荷载要求，但其支点截面尺寸不能满足抗剪要求，跨中截面不能满足汽—15挂—80荷载要求，应增加配筋。

2．主梁支点截面的抗剪强度，盖梁的正截面强度和主梁的刚度，裂缝宽度均能满足汽—20，挂—100的荷载要求。

3．钢筋混凝土摆柱式支座，除摆柱正截面强度不能满足挂—80荷载要求外，其它各项验算指标均能满足汽—15，挂—80荷载要求。

4．弧形钢板支座各项验算指标均能满足汽—15，挂—80荷载要求。

四、加固设计

根据上述试验结论及病害分析，又考虑到旧桥东侧为一新建梁桥，两桥之间的结合问题，具体加固措施为：

1．拆除旧桥梁端部悬臂板，新旧桥间增设一道宽主梁至新桥边缘，下部增加一根桩，新旧桥之间仅留施工缝；加大端主梁尺寸，并增设一道中横梁，以增大整体横向刚度，改善荷载横向分布，使边主梁承担较大荷载，从而对内主梁起卸载作用，以满足汽—20级正截面强度需要。

2．增大梁端截面尺寸，以满足斜截面强度对截面尺寸的要求，提高斜截面抗剪强度。

3．内主梁受力钢筋除锈，加补新保护层。

4．更换破损的少筋微弯板。

5．全部更换油毛毡支座为板式橡胶支座，并对钢支座进行改造，以消除温度等因素引起的附加内力，同时使主梁纵向变形不受约束，减轻下部结构的负担，改善主梁局部受力性能。

6．桩柱变形过大处增设横向联系承台，既可限制桩柱水平位移，又可限制竖向位移，使病害桩共同受力。

7．由于加固后上部恒载增加，盖梁端部负弯矩增加，可采取局部加强措施。

8．桥面系及其它部位改造。

五、效益分析：

冯官屯大桥改造加固工程于1998年8月动工,经过二个月紧张施工,与同年10月竣工,运营三年来,各方面反映良好,达到了预期目的。

加固设计论文篇2

1.1水库土坝结构

水库土坝结构的修筑质量差是当前水库施工工程中常见的问题之一，这主要是因为施工人员在对水库土坝结构进行施工的过程中，没有对周围的地质情况进行全面的了解，而且所采用的施工技术和施工材料也存在着一定的质量缺陷，这就导致水库的土坝结构在使用过程中出现严重的质量问题，使大坝出现渗流的现象。

1.2水库的使用过程

水库在使用过程中，大坝坝体出现局部坍塌的情况，这就对土坝结构的稳定性，带来了严重的影响，使其水库大坝的抗滑功能和稳定性能无法满足水库工程设计的要求，从而出现了许多安全隐患，对水库的正常运行和人们的日常生活造成了严重的影响。

2土坝加固设计方案

从我国当前水库工程发展情况来看，水库土坝结构的除险加固问题，不仅对水库的正常使用造成了严重的影响，还存在着一定安全隐患，时刻威胁着人们的生命财产安全。为此，对水库土坝加固方案进行设计。目前，人们在水库土坝加固设计中所包含的内容主要有：土坝坝体加厚、坝体防渗和坝体的截渗设计等。

2.1大坝坝体培厚、坝坡放缓设计

在对大坝坝体结构进行抗滑稳定加固施工工程中，坝体边坡的抗滑稳定性不足的问题直接影响了水库的使用功能，因此，为了保障水库的正常使用，技术人员就要采用大坝坝体培厚以及边坡放缓设计，来提高大坝坝体的稳定性。不过由于在不同的水库工程施工中，其大坝结构也存在着一定的差异，而且在对其进行施工的过程中还要考虑到水库周围的地质环境等综合因素，因此采用经济、安全的设计方案对其进行施工处理是十分必要的。

2.1.1上游培厚、坝坡放缓,下游坝坡不变将原上游坝坡1:2.5、1:2.75、1:3.3三级变坡通过坝体底部培厚为1:2.75、1:3.0、1:3.50,变坡处高程分别为89.00m和77.00m,坝顶宽度保持6.0m。大坝下游坝坡原设计为1:2.5、1:2.8、1:3.2、1:1.50,保持不变。

2.1.2上游坝坡削坡放缓,下游坝坡相应培厚将原上游坝坡从高程89.00m起向上通过削坡改成1:2.75,变坡处高程为77.00m,上游坝坡为1:2.75、1:3.3二级变坡。坝顶总宽不变,大坝轴线向下游平移2.75m。下游坝坡在原坝坡基础上相应培厚,保持原坡比不变。变坡处高程分别为92.00m、83.00m、74.50m,变坡处设宽2.0m马道,马道内侧设排水沟。

2.1.3上游坝坡底部培厚、上部消坡放缓,下游坝坡相应培厚将原上游坝坡三级变坡通过底部培厚、上部消坡放缓改成1:2.75、1:3.0、1:3.5,变坡处高程分别为89.00m和77.00m,坝顶总宽保持6.0m不变,大坝轴线向下游移2.00m。下游坝坡在原坝坡基础上相应培厚,保持原坡比不变。变坡处高程分别为92.00m、83.00m、74.50m,变坡处设宽2.0m马道,马道内侧设排水沟。

2.2大坝坝体防渗设计

2.2.1冲抓套井回填粘土防渗墙作为水库大坝加固设计中最常见的一种加固方式，防渗墙的使用范围较广，施工设计方法也有很多，其中回填粘土防渗墙和沥青混凝土防渗墙是较为常见的两种施工设计方案。利用冲抓式打井机具,在土坝渗漏范围造井,用粘性土料分层回填夯实,形成一连续的套接粘土防渗墙,截断渗流通道,以起到防渗目的。此外,在回填粘土夯击时,夯锤对井壁的土层挤压,使其周围土体密实,提高堤坝质量,从而达到坝体防渗、加固的目的。采用排套井平行坝轴线布置,套井直径为1.1m,排距为0.8m,套井深入坝基强风化层内1m。

2.2.2机械造槽法修建沥青混凝土防渗墙与粘土相比，沥青混凝土的塑性更佳，防渗能力和变形能力也更强，当防渗墙出现裂缝时，沥青混凝土还可以通过自行愈合的能力来治理裂缝，因而防渗效果更佳。一般坝体在采取沥青混凝土防渗墙时，多采用机械造槽法进行施工，必要时还会与帷幕灌浆技术相结合，以确保坝体防渗体系的可靠性，提高土坝加固设计效果。

2.3劈裂灌浆

劈裂灌浆防渗机理,是沿土坝轴线的小主应力面,用一定的泥浆压力人为地劈开坝体,灌注泥浆,利用浆坝互压、泥浆析水固结和坝体湿陷密实等作用,使所有与浆脉连通的裂缝、洞穴等隐患得到充填、挤压密实,形成竖直边浆体防渗墙。同时,由于灌浆压力在坝体内部所产生的应力再分配,也能改善坝体的应力状态,促进变形稳定。劈裂灌浆按双排孔布置,孔距为4.0m,孔径为1.0mm,排距为0.5m,孔深入基岩强风化层1.0m。钻孔灌浆采用分序钻灌,这样可以使灌入的浆液平衡均匀分布于坝体,有利于泥浆排水固结,避免坝体产生不均匀沉陷和位移。施工时,先钻灌一序孔,后在序孔中间等分插灌二序孔。

2.4大坝坝基和坝肩防渗加固设计

对于水库大坝来讲，坝基的加固和坝肩的加固也十分重要。如果坝基所处位置的地质层为强风化砂岩，并且还附有一定透水能力强的残积土层，那么该大坝的坝基就非常容易出现渗漏现象，必须要对其采取有效的加固防渗措施。一般在实际的工程实践中，对于这种坝基和坝肩的防渗加固设计多采用帷幕灌浆的方法或者高压喷射灌浆的方法。灌浆的质量和相关技术参数需要结合工程的实际情况，通过一定的灌浆试验来最终确定，以保证加固设计方案的可行性与可靠性。

3结束语

由此可见，在对水库土坝结构进行加固设计的过程中，人们采用的土坝加固的方法有很多种，而这些不同的土坝加固方法，在不同的施工工程中其应用效果存在着一定的差异，因此在对水库土坝加固设计施工的过程中，技术人员还要根据工程施工的实际情况以及相关的技术规范，来对其进行比较选择，从而满足加固设计施工的相关要求。

加固设计论文篇3

关键词：水闸；底板；混凝土

水闸在水利工程中应用很广，底板部位易出现问题，长期以来困扰着工程界。一直未能很好解决。该问题的出现，给水闸工程带来了多方面不同程度的危害，所以在进行水闸设计时，一定要根据闸址附近的地形、地质条件和水文、施工、管理等因素，认真研究，合理布置。

一、底板混凝土配料的控制

混凝土生产系统在使用前要进行保养、校核，确保计量准确性，材料配合比允许偏差必须控制在水泥、水、混合料为±2%；砂、石为±3%；外加剂为±l%。除粉煤灰、水、砂、石用自动计量系统控制外，对减水剂要先用天平称量每盘料的用量，然后装袋备用。根据现场工地试验室提供的混凝土施工配料单严格配料，机械搅拌时料斗投料顺序为：先加碎石，后加水泥、减水剂、粉煤灰，最后加砂和水，混凝土搅拌时间从投料完毕组成材料，在搅拌机内延续搅拌时间不得少于2分钟，掺入抗裂防渗纤维混凝土搅拌时间不得少于2.5分钟。

混凝土出料时随时测定坍落度和拌和物温度、观察混凝土拌和质量，严禁生料输送，确保混凝土浇筑质量。由于底板混凝土仓面较大，混凝土用量多，可采用混凝土输送泵泵送混凝土。泵管安装时不得直接支撑在钢筋、模板及预埋件上，每隔一段距离要用钢管支架固定，管道卡箍处不得漏气漏浆，泵管尽量少用弯管和软管，预防堵管，确保混凝土顺利出料。混凝土泵送前要用清水湿润管壁，然后拌制1：2水泥砂浆混凝土泵和输送管内壁，用的水泥砂浆要分散布料。

混凝土浇筑过程中，前场和后场均须布置管理人员随时指挥协调。现场可用对讲机联系来控制混凝土浇筑速度及拆布管时间，以确保混凝土整个浇筑过程紧张、连续、有序地进行。同时要安排专人测定混凝土入仓温度、坍落度，并留置规定制取的试压块组数。混凝土浇筑前，要保证仓内无杂物，模板、钢筋、预埋件符合规范要求，一切准备工作就序，并做好质量自检记录。经现场监理验收后方可进行浇筑。底板浇筑前要在仓面平均划分施工区域，混凝土浇筑自西向东、由远而近。混凝土按一定厚度、顺序、方向分层进行，上下层之间的混凝土浇筑间歇时间不得超过混凝土初凝时间。开始布料，两管同时进行，采取“斜面分层”法施工。

振捣混凝土应从浇筑层的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土施工质量，在底层混凝土初凝前安排一台泵进行面层防渗抗裂混凝土施工。混凝土灌筑后用插入式振动器振捣，振捣时与混凝土表面垂直，操作时做到快插慢拔，上下略为抽动，插点均匀排列，逐点移动，顺序进行，不得遗漏，使混凝土达到均匀振实。插入式振动器在每一插点上的振捣时间以混凝土表面呈水平而且水泥浆不再出现气泡为准。

二、水闸底板混凝土的分析

目前在对待混凝土底板结构问题上，一般是允许出现裂缝，而对其宽度进行一定的限制，不同国家和地区对不使用环境和要求下的混凝土建筑物的裂缝宽度有不同的控制标准。我国《混凝土结构设计规范》允许裂缝宽为0.2-0.3毫米，在对待裂缝问题上提出限制与允许的两种方法。变形变化引起的约束应力首先要求结构所处的环境能给结构以变形的机会，即变形得到满足，则不会产生约束应力。

在全自由状态下，结构可以有任意长度、任意温差不产生约束应力，因此给结构创造自由变形的条件就是允许原则。在实际工程中，全自由的理想状态不易做到，但是可减少约束，释放大部分变形，使之出现较低的约束应力；当结构处于全约束状态，要让任意长度不设伸缩缝亦不开裂，则只须所选用的结构材料具有足够的抗拉强度和极限拉伸即可。该设计原则称为限制原则。一般说来，对于限制原则，必须有足够的强度储备；采取允许原则，必须有充分的变形余地。现在一般认为，混凝土建筑物不出现裂缝是不可能的，或是很困难的。防止裂缝出现，在材料、设计、施工、运行和维护等方面均有一定的研究，但还不够完善或效果不是十分明显。在水工结构工程中，以限制原则为主，力求工程各部位都不裂缝。

三、水闸底板外部环境的控制

水泥水化产生大量的水化热，在1～3d内可放出热量的50%，甚至更多，当混凝土达到最高温度后随着热量的散发又开始降温，直到与环境温度相同。底板为大体积混凝土，热量传递的同时更易在内部积存，导致了内部温度高于外部温度，内部出现峰值温度。升温阶段结束后，是散热阶段。内外混凝土散热条件不同，外部混凝土和外界环境接触，散热条件好，热量容易散发，内部混凝土散热条件差，于是在降温阶段又造成了外部混凝土温度低于内部混凝土温度。这样在升温和降温阶段都使底板内外混凝土形成了同一方向的温度梯度。导致了其变形的不一致。内部膨胀受到外部的限制，或相应地外部收缩受到内部约束，于是在外部混凝土中产生了拉应力。当外部混凝土拉应力达到其极限拉应力，裂缝就会产生。裂缝初期很细，随着时问发展继续扩大、变深，甚至贯穿。除了混凝土水化引起的温度作用外，运行期环境温度变化也会产生作用。特别是遇到寒潮袭击、表面温降特别大时，裂缝发展更为严重。从以上分析可以看出，影响内外温差的主要因素有混凝土水泥用量、水泥品种、浇筑入模温度及环境温度等。

混凝土内的水分，少部分提供了水泥水化的需要，少部分泌出流失，大部分水分是在浇捣完毕后慢慢蒸发掉的。随着水泥的凝结、硬化，混凝土中的水分在未饱和空气中慢慢散失，引起混凝土体积缩小、变形，这种变形称为干缩。由于混凝土的水分蒸发及含湿量的不均匀分布，形成湿度变化梯度。其水分蒸发总是从外向内，由表及里。表层混凝土的水分蒸发程度和速度总是大于内部，表层混凝土收缩的程度亦大，其变形会受到内部混凝土的限制，在表层混凝土中也产生拉应力，使得表层混凝土总的拉应力加大，产生干缩裂缝，但干缩一般只发生在表层。混凝土的配合比和组成是影响干缩的主要因素，一般水泥用量多，水灰比大，则干缩也大。骨料密度大，级配好，弹性模量高，骨料粒径大，可以减小混凝土的干缩。其次，混凝土的养护和环境对干缩也有很大的影响。

混凝土即使没有水分蒸发，其各组成部分的化学反应也会产生自生体积变形。在底板约束影响范围内，膨胀型自生体积变形会产生预压应力，有利于防裂，收缩型自生体积变形则不利于防裂。混凝土的自生收缩一般在拆模之前完成，虽然其量值不大，但如果同其他收缩叠加在一起，就会使表面拉应力增大。像水闸底板这样的断面尺寸很大，确属必须解决水化热问题的大体积混凝土结构，必须考虑自生收缩参与温度收缩等叠加的影响。

影响混凝土自生体积收缩的因素主要是材料的化学成分和水灰比，水灰比的变化对自生收缩的影响和对干缩的影响正好相反，当水灰比大于0.5时，其自生收缩和干缩比忽略不计；而当水灰比小于0.35时。自生收缩和干缩的作用相当，必须加以考虑。

加固设计论文篇4

Abstract： In the deep excavation， the pit wall deformation or collapse is the main form of pit accident， so the stability of deep foundation pit reinforcement is an important criterion for the quality of foundation pit. This paper will discuss the optimization design method of deep foundation pit reinforcement， and use Lagrange differential principle to analyze the reasons causing stability loss of deep foundation pit， so as to provide reference to the research and design for deep foundation pit reinforcement.

关键词： 深基坑；稳定性；失稳

Key words： deep foundation pit；stability；instability

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）16-0133-04

0 引言

在现代建筑发展过程中，城市建设基坑开挖对周围建筑物和环境造成相应影响，基坑加固技术越来越体现出其重要价值，国外基坑发展始源于20世纪30年代初期，由太沙基和皮克两位杰出科学家进行研究，到20世纪60年代时期，在国外的基坑开挖中才有了基坑监测。至20世纪70年代起，国外开始大规模使用现代先进机器对基坑加固结构进行检测，基坑工程加固技术逐渐走向完善。90年代到21世纪是国外基坑蓬勃发展的时期，基坑加固技术已经走向复杂化多元化，在实际工程运用之中新的加固方法不断得到实践运用。国内外常用的基坑加固结构形式：放坡式；深层水泥搅拌桩；土钉支护；钢筋混凝土灌注桩；岩土锚杆；本文通过理论分析提出左岸放坡式开挖采用土钉加固，右岸竖直开挖采用排桩锚索加固，整个基坑运用复合开挖和加固设计理念，采用FLAC3D软件数值模拟对复合开挖和加固设计理念进行论证分析。

1 基坑设计方案

本文根据实际工程项目进行基坑的加固优化设计，通过多方面的比较决定采用多材料复合加固的方式进行加固，如图1所示。

1.1 IJ段

深度6.5m，此段为基坑右岸竖直基坑壁，因为基坑右岸为原有建筑区，为了保护现有建筑物不受到破坏，右岸采取竖直开挖和排桩锚索加固的设计方法。排桩锚索加固的排桩长12m，排桩直径600mm，排桩间距1.2m，排桩底部打到岩层固结，排桩之间采用钢网高压旋喷固结加固。锚索设计为与排桩顶端固结，入射角度150，锚索总长为20m，其中锚固段长度高达14m。将采用FLAC3D软件进行数值模拟分析，验证此设计方法是否符合设计规范要求。

1.2 AH段

深度6.5m，此段为基坑左岸，因为基坑左岸无大规模建筑物，设计采用放坡台阶式开挖，每阶长度0.5m，竖直开挖1m，形成均匀放坡台阶式基坑壁，因此基坑壁采用土钉加固方法。土钉设计尺寸为直径150mm，长度6m，设计为左岸基坑壁用三道土钉进行加固，第一道土钉距离坡顶2m，其余两道土钉依次间隔2m进行加固，入射角度150，土钉之间距离平均为1.5m，土钉之间基坑壁依然采用钢丝网旋喷加固，加固处理后理论计算得出边坡最小安全系数1.42，满足设计规范要求。

1.3 设计中为方便基坑加固施工，基坑分为3步开挖

①开挖深度1m，第一次开挖后左右岸不进行任何加固措施；

②开挖4.5m深，第二次开挖后左岸进行土钉钢网旋喷加固，右岸进行排桩钢网旋喷加固；

③开挖6.5m深，第三次开挖后左岸进行土钉钢网密集加固，右岸进行排桩锚索整体固结和钢网旋喷加固。

2 数值模拟分析

本实例采用FLAC3D软件选取长100m，宽1m，高20m的断面进行数值模拟分析，用多材料秃霞庸痰姆椒检测基坑的抗滑稳定性，根据地质勘探报告将地基划分为4层（见表1），设计了锚索和土钉的各种参数（见表2，表3）。

深基坑加固稳定性分析主要考虑两个方面：第一，深基坑坑壁的位移沉降分析；第二，深基坑加固结构的变形稳定性问题。经加固之后基坑沉降如图所示：

据模拟图片，基坑右侧排桩锚索加固后位移非常小，仅仅是10.5mm的变形，左侧基坑壁因为是放坡开挖，最高处位移最大为34.5mm，平均基坑位移只有27.9mm，满足设计规范要求，也以实际开挖的平均位移32mm，基本吻合。

加固结构的受力情况如图所示：

①排桩结构承受主要荷载为主动土压力、被动土压力和预应力锚索施加的力，这三个力的作用使排桩产生轴向压力。最大轴压力值为6.073e5MPa，完全处于排桩最大受力范围。

②预应力锚索主要承受排桩顶部和内部土体造成的最大拉应力，最大拉应力值为5.922MPa，满足规范设计要求。

③模型中嵌入三排土钉，放坡开挖中第二次开挖开始加固，主要受到土体滑移产生的拉应力，土钉承受最大拉应力为64.85MPa，完全满足设计规范的要求。

3 结论及修改意见

①本基坑加固后产生的位移主要位于左侧基坑顶部与实际情况相符；

②本基坑左侧加固结果显示只有第一排土钉受力情况明显，第二和第三排土钉基本不受力，根据实际情况提出撤销第三排土钉的意见，保留第一和第二排土钉即可满足设计要求；

③本基坑右侧支护排桩底部受力较大，修改意见为在底部排桩间距2m改为1.5m，提高排桩的密集程度；经修改后完全满足设计规范的要求；

④本次采用FLAC3D软件对基坑加固结构稳定性进行数值模拟，计算结果和修改后意见在实际工程运用中取得较大成功，说明本次多材料复合加固设计方法是合理的。

参考文献：

[1]王广国，杜明芳，侯学渊.深基坑的大变形分析[J].岩石力学与工程学报，2000，19（4）：509-512.

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[11]周爱其，龚晓南，刘恒新，等.内撑式排桩支护结构的设计优化研究[J].Rock and Soil Mechanics， 2010.

加固设计论文篇5

关键词：抗震；结构设计；加固；

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

0.前言

结构抗震加固是针对正在使用的既有建筑物或构筑物进行检测、评价、维修、加固改造的总称。我国建筑抗震加固的研究与应用经历了一个曲折的过程。中华人民共和国成立以后，由于当时科学技术水平落后、经济水平有限以及人们对地震灾害严重性、建筑物抗震重要性认识的不足，建筑物的抗震设计一直没有得到很好的贯彻实施。自从20世纪60年代以来，我国着手对已有建筑抗震加固技术和方法进行研究，并取得了良好的社会和经济效益。

1.抗震概念设计的重要性

大量的震害表明，结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。概念设计的目的就在于合理地选择结构形式，并通过构造措施来满足“大震不倒”的要求。设计师在提高抗震设计意识和水平的同时，建筑方案的选择不受业主的干扰，避免建筑的形状、尺寸、布局等表现出明显的抗震缺陷；结构方案更不能受业主的经济观念和使用功能的影响，降低下部结构的延性，使抗震墙的数量、形式、布置严重不合理，包括构件的构造措施不力等。

2.建筑结构性能抗震设计

2.1 基于性能的抗震设计含义

基于结构性能的抗震设计理论是以结构抗震性能分析为基础，根据设防水准的不同。将结构的抗震性能划分为不同的等级，设计者可根据业主的要求，采用合理的抗震性能目标和合理的结构措施进行抗震设计。除了抗震设计方法，基于性能的抗震设计理论还包括目标性能的确定，它是整个设计的基础和关键，主要包括以下三个方面：

（1）地震设防水准

在设计基准期内，定义一组参照的地震风险和相应的设计水平，是基于性能设计理论的一个重要目标。基于性能的设计理论应追求能控制结构可能发生的所有地震波谱的破坏水准，为此，需要根据不同重现期选择所有可能发生的对应于不同等级的地震动参数的波谱，这些具体的地震动参数称为地震设防水准，分为常遇、偶遇、罕遇和稀遇地震，并给出了其重现期和超越概率。

（2）结构的性能水平及其量化指标

结构的抗震性能水平表示结构在特定的某一地震水准下一种有限程度的破坏，包括结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果主要用结构易损性、结构功能性和人员安全性来表达。按照不同的地震动水平，结构的性能水准可分为四级，即功能完好、功能连续、控制破坏与损失、保证安全。其中，简化的三级性能水准，即可继续使用、修复后可再使用保证安全。

（3）抗震设计的目标性能

结构的抗震设计的目标性能是针对某一地震设防水准而期望达的抗震性能等级，抗震设计目标性能的建立需要综合考虑场地特征、结构功能与重要性、投资与效益、震后损失与恢复重建、潜在的历史或文化价值、社会效益及业主的承受能力等诸多因素。我国抗震规范的目标性能实际是：小震不坏，中震可修，大震不倒。

2.2 抗震设计的常见问题

（1）建筑体形

由于建筑地形的限制，或为了形成街景，业主常要求设计单位在建筑体形上赋予变化，以求美化。主要表现在：a．建筑平面因地势需要设计转折；b．结构平面凹凸不规则，有的凸出或凹进的尺寸大于相应尺寸的30％；c．上部砌体总层数不一致，有的层面差达到两层甚至以上；d．楼板局部不连续或刚度突变，出现楼板错层，或楼板开洞率太大，有效楼板面积不足结构典型平面的50％；e．为了满足下部大空间的利用，下部框架投影面积大大超过上部砖房面积，质量出现较大偏心，使结构出现较大的不规则扭转；f．楼层之间大刚度和承载力变化明显，变化率超过20％～30％以上。

（2）框架结构

框架的设计问题出现的形式多样：a．框架柱网不规则，开间不均匀；b．底部框架梁跨度太大，曾出现9m的跨度，必然导致“强梁弱柱”；c．框架梁柱截面偏小，表现为“剪压比”和“轴压比”超标；d．梁、柱的纵向配筋率和体积配筋率小于抗震要求；e．起转换作用的楼面的次梁设置不合理，有的偏少，有的不便于施工。

（3）抗震墙

底框结构没有按要求设置抗震墙，追求经济效益，减少抗震墙数量；强调空间功能分布，抗震墙分布不对称、不均匀；有的工程抗震墙布置过多，使薄弱层上移，由于多层砌体房屋结构变形、耗能能力差，地震时破坏往往更加严重；剪力墙没有注明抗震等级。

3.我国建筑抗震加固发展的过程

抗震鉴定的结论是抗震加固的目标和依据，抗震加固是抗震鉴定延续。回顾过去．我国建筑结构的抗震鉴定及加固经历了试点起步、蓬勃发展到综合开发的三个阶段。

第一阶段，大致由1966年邢台地震开始到1976年唐山地震，是抗震鉴定及加固的试点起步阶段。这个阶段的主要特点是：探索抗震鉴定及加同的基本技术和管理方法，在实践中证明了抗震鉴定及加固的必要性和有效性。

第二阶段，自1976年唐山大地震后至1989年基于概率可靠度理论的国家标准《建筑抗震设计规范》（GBJlll．89）正式，是抗震鉴定及加固蓬勃发展阶段。这个阶段的这种主要特点是：建立了抗震鉴定及加同的基本管理体制，制定了主要着眼于安全的《工业与民用建筑抗震鉴定标准》CrJ23—77），在国家计划的统一安排下，7度及以上抗震设防地区完成了一批现有建筑的鉴定和加固，使我国城市现有建筑的抗震能力得到了明显提高。在这个阶段．抗震加固提出了提高强度、提高变形能力和加强整体性的三种同标，以外加圈梁、构造柱、夹板墙和钢构套为基本手段，形成了增强自身法、外加构件法和替换法等基本加固力法。

第三阶段，大致由《建筑抗震设计规范》（GBJlI．89）开始执行起，是抗震鉴定及加固综合发展阶段。这个阶段的特点是：抗震鉴定及加固的要求扩大到6度设防区，制定了与GBIll．89设计规范配套的鉴定及加固的技术标准，强调建筑结构抗震能力的综合分析开发，随着经济体制的改革，抗震鉴定、加固与建筑功能改造紧密地结合在一起，抗震加固，不仅要考虑安全，还要考虑扩大使用面积，改善使用功能并保持建筑造型的美观。此阶段不断有新技术、新材料应用于结构抗震加固中，如碳纤维片加固技术、钢筋化学锚固技术、隔震和消能减震技术等。

4.建筑结构加固改造技术

新的加固材料的研制是推动加固技术发展的动力。以往的经验告诉我们，检测鉴定技术的发展依赖于检验测试仪器的发展，加固技术的发展依赖于新材料的发展。由轻质、高强、抗腐蚀、耐高温的新材．料构成的效果好、易施工的加固方法可推动加固材料的发展。加固改造理论的提高是该项技术发展的另一个方面。目前的加固基本上是针对构造和承载能力不足的构件，缺乏从结构总体上的把握与判别。在结构设计领域则有相应的理论，如建筑抗震设计中的概念设计，混凝土结构设计中的强柱弱梁强节点等。目前的加固有时会适得其反。例如：对多层砖混结构的某一层墙体做夹板墙加固，使得该层墙体的钢度大幅度增加，形成与相临楼层的钢度差，对结构-的抗震不利。此外还有加固后构件的承载能力提高，防火等级大幅度下降等问题。这些问题需要从总体上把握，靠加固理论的提高来解决。加固改造技术的提高还体现在施工技术改善和提高及施工机具上，而在这方面的研究一直相对较少。

5.总结

综上所述，在合理确定结构型式和体系后，结构的布置就成为建筑抗震的重要问题，抗震不利的结构布置会导致严重震害。所以一定要做好结构方案，做好抗震设计。

参考文献

[1]寇秀梅.结构设计中的抗震设计问题[J].中同西部科技.2012（6）．

[2]胡选军.论建筑结构的检测与加同[J].学术理论与探索.2011（9）．

[3]李珠,岳俊峰,石峰.既有建筑抗震加固与节能改造一体化技术[J].施工技术.2012.（5）.

加固设计论文篇6

关键词：悬臂板桥；增加主梁；加固；优化设计

带悬臂的空心板相对于普通板有自重轻，宽度易于调整等特点，而在以往公路桥梁建设中得到广泛应用，尤其在变宽桥梁中使用更广。但是，悬臂板一般板边缘较薄，横向联系较差，这类桥梁在经过多年运营后普遍出现了铰缝纵向开裂、桥面破损等病害，导致结构横向联系变差，单板受力现象普遍，承载能力降低。针对该类桥梁的病害特点，目前通过优化设计，采用加大截面尺寸增加悬臂板厚度，预留纵向湿接缝现场浇筑，并在跨中截面增设横系梁增强结构横向刚度，使结构受力更加均匀。对于在役悬臂板桥，通过加固改造提高其承载力，以满足现有交通需要。如果下部结构质量好，且有足够的承载力，增加纵向主梁加固是一种非常有优势的加固方法，即在悬臂位置将破损桥面凿开，并凿除悬臂利用原结构设置悬挂模板，现场浇筑设计需要的新增纵梁，通过原悬臂钢筋与新增结构钢筋联接，并加强桥面铺装层钢筋使新、旧结构连接成整体共同受力。

增加纵向主梁加固，一方面由于主梁数量增加，使结构活荷载在横向得以重新分配，改善了结构整体受力，减轻了原各主梁的负担；另一方面新增主梁同时增大了整个结构的受力截面，增强了结构本身承载能力。但是，增加主梁数量和主梁截面形式对结构整体受力特性影响较大，本文以实际工程为例，对比分析，提出了一种较优的加固设计方案，对类似工程加固设计具有重要的指导意义。

1 工程概况

某高速公路上一预制安装板桥,单孔跨径13m，单幅宽12m，横向9块板，每块板宽1.31m，板与板之间在翼缘板顶通过桥面铺装层联接。由于桥梁原始设计荷载等级偏低，经过长时间的运营后，出现了如下病害：桥面大面积破损、且在车道分界处沿铰缝出现通长纵向裂缝，相应处主梁翼板破损，混凝土脱落严重，横向传力减弱。加固前荷载试验检测结果显示该桥横向传力系数较小，板与板之间横向联结基本破坏，其承载能力严重不足，需对其进行加固补强。由于该桥翼板破损严重，但下部结构完好，通过综合比较，选取增加纵向主梁方法进行加固。

考虑到增加纵向主梁会加重下部结构的负担，对图1（a）所示的桥梁结构采取四种加固方案进行对比分析，寻求一种比较合理的加固方案，既能改善上部结构受力，又能尽量少增加下部结构负担。

方案一：将全部铰缝处增加主梁（图1（b））；

方案二：分车道增加主梁（图1（c））；

方案三：将铰缝间隔增加主梁（图1（d））；

方案四：将车道处铰缝增加主梁（图1（e））。

2 方案选择

增加纵向主梁加固主要是通过主梁数量增加，使活载在横向得以重新分配而减轻原主梁的负担。通过分析加固对结构荷载横向分布系数的影响，确定合理的加固方案。由于新增主梁截面与原主梁截面的尺寸和刚度不一致，导致采用传统的方法计算十分繁琐，本文借助计算机采用有限元方法建立空间模型进行计算。在跨中截面横向施加移动单位荷载，求得各板挠度与所有板总挠度的比值，确定出各板在最不利时刻所分配的荷载比例，进而确定其横向分布系数。对图1所示结构各板进行编号，原始主梁为1-17单号，新增主梁为2-16双号，结构对称，只需计算1-9号板的横向分布系数，结果列于表1。

由表1可见，新主梁的存在分担了原主梁的荷载，使得各主梁横向分布系数都有不同程度发降低。方案三和方案四中各板分布系数虽都有降低，但是只有新增纵梁两侧板块的分布系数降低较多，且各主梁分布系数差异性增大，原结构最小系数为最大的90.24％，方案三和方案四加固后分别变为58.06％和71.87％，这说明加固后各板在外荷载作用下内力分布变得离散，主要是结构横向刚度在断面上变得不连续而造成；而方案一和方案二中各板分布系数降低幅度比较均匀，且幅度较大，比较方案一和方案二可以看出两者对分布系数影响基本一致，但是方案二由于少增加两道主梁而减小了下部结构的负担，综合比较四种加固方案可见方案二最为合理。

3结果分析

3.1 理论计算结果

采取方案二对结构进行加固，对加固前后结构建立空间实体有限元模型，按车辆荷载加载分析加固对结构内力影响。加固前结构模型为9片空心板铰接，加固后结构模型在原空心板翼板处添加矩形截面梁与原结构铰接，加固前、后计算模型如图2所示。

对加固前、后模型分别施加中载和偏载两种工况进行计算，取挠度作为荷载效应参数进行分析，计算结果列于表2，对比分析见图3和图4。

3.2 实测结果

为了了解实际桥梁加固效果，对实桥按车辆荷载对加固前后桥梁结构进行与理论计算一致的加载方案进行分析。两种工况下结构跨中截面的挠度实测结果列于表2，对比分析结果见图5和6。

3.3 结果分析

对比理论计算结果和实测计算结果可以看出：各种工况下，实测数据比相应的理论值小，但是理论值与实测值在加固后挠度减小趋势是一致的。理论计算偏载作用下加固后平均挠度减小了24.83％，中载作用下加固后平均挠度减小了23.83％；实测偏载作用下加固后平均挠度减小了52.48％，中载作用下加固后平均挠度减小了52.31％。可见加固后各板挠度都相应的变小了，说明增加纵向主梁加固效果明显，改善了整个结构的受力。加固后中载方差减小 ，即各板受力更加均匀，偏载

4.结论

在基础质量完好承载力足够的前提下，增加主梁加固悬臂板桥是一种理想的加固方法。按车道进行增加主梁加固方案最佳，加固后结构在外荷载作用下，荷载效应最大降低了89%，加固达到理想效果。

加固设计论文篇7

关键词：锚固复合承载；锚杆支护；承载特性；改进

中图分类号： TD353.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

引言

锚杆支护参数设计作为巷道锚杆支护设计中的一个重要关卡，正确的锚杆支护设计是非常重要的，锚杆支护设计正确不仅可以全面的施展出锚杆支护的优点、证实回采巷道的无危险，还可以减少成本，节约开支。

为了更好的让支护参数设计与锚杆支护技术理论得到完峻，提升现在的锚杆支护参数设计的真实性，同时让它拥有较为稳定的可以实施性。这篇论文在以锚杆支护基础理论为前提的情况上，通过对巷道锚杆支护的讨论，再次揭露了锚杆和围岩两者间的互相作用，并以此为根据提出了较为合理的，容易掌握的锚杆支护参数。

1 锚固复合承载体原理

当巷道开始挖掘后，原本是均衡情况的围岩受到压力分散，外面的围岩受到的压力从三面的受力变成了两面受力，这一情况通常会导致围岩产生碎裂的区域。为了保护巷道的坚固，运用锚杆对巷道的顶部和两侧进行加固，当多跟同等长度的锚杆按一定间距排列时，锚杆和锚杆区域内的碎裂岩体就造生了拥有承重能力的载体结构，这种载体结构被称为“锚固复合承载体”。锚杆支护的运用大大的减少了在这一载体内围岩的承力情况，提升了承载体的向内聚拢力，同时还有效的截断了巷道围岩破碎区的增大，很大程度上的保护了巷道的安全。

2 确保锚固复合承载体承载重力的几项原则

通过研究，我们可以得出以下结论，锚杆的取材、锚杆的长短、锚杆间间隔的距离等都会对锚固复合承载体产生很大的影响，为了能准确让巷道的围岩不存在变形，完美的施展锚固复合载体在一定时间限制内在巷道中的作用，因此在思考了现场的工具、锚杆的安装和生产成本的状况下，在巷道安装锚杆支护要考虑下面几个方面：

（1）锚杆锚固力的可靠性

在施工过程中，为了不对锚固复合承载体的承重力度有影响，锚杆的锚固体就要提升它的可靠性，而提升锚固体的可靠性需要注意以下几点，第一锚杆支护的“三径”要确保协作，第二在组装锚杆的时候，要依据锚固剂的搅拌时刻、凝胶时刻与等待时刻进行正确的操纵。在上面的几点都实行后，就可以很好的预防了锚固剂的失灵，极大程度的提升了它的可靠性。

（2）及时支护并施加较高的预紧力

预紧力作为锚杆支护的一项重要环节，是非常值得人们重视的，在施工中，当锚固支护完成了以后，一定要迅速的完成它的支护，并保证它的预紧力达到的高度是否足够的高，只有预紧力足够的高，才可以将锚固区域内的岩体凝聚在一起，形成有用的锚固复合承载体，确保在早期围岩不会变形，围岩裂隙不会扩散，围岩的内聚力、内摩擦力不会大范围的下降，让锚杆实现迅速增加阻力，并在高工作阻力下达到让压的目的，完成巷道的长久修护。

3锚杆支护参数设计步骤

从实施中表明，围岩繁杂和多变的特性，在古板的锚杆支护参数设计中，单单实行它们中的一类，完全无法实现较好的设计成果，只有采用多种设计的设计方法，如巷道围岩的地址勘察、最初设计、井下探测等等，才可以设计出完全吻合巷道围岩特质的方案。这篇论文在锚固复合承载体既使用锚杆支护参数也遵照上面说的动态消息的基础上，设计出了以下过程：

（1）巷道在开始设计之前，对现场进行实地勘查，包含两个内容：①在对巷道进行勘查时，着重对它的围岩地质进行调查；②分析它的断面的参数，并依据它的部署分析出它的受干扰范围；（2）依据巷道围岩的应力情况、断面的大小和形状和工程真实进程，创立锚固复合承载体的模型；（3）依据对巷道围岩的基本分析，算出锚固复合承载体的外在载重量，明确它需要的强度是多少；（4）依据锚固复合承载体，明确锚杆的长短、中间的间隔、粗细等会影响锚杆支护的参数。1）挑选锚杆长短、中间间隔、粗细。通常情况下，锚杆的长普遍选择1.6-2.4m，差值0.1m；锚杆间距和排距一般为0.6-1.2m，差值0.1m；锚杆直径一般为16-22mm，差值2mm。2）依据上面得出的数值区域，与现场的真实情况两相结合，通过锚杆的长短、锚杆的排列间隔、锚杆的粗细，创立组合方法，在知道了巷道的围岩地质情况和应力干扰系数以后，挑选出合适的锚杆支护方案；（5）再将上面的第一次挑选出来的计划再次进行挑选，在全面考虑了施工和经济等情况，挑选锚杆间距值大的一个组合计划，然后挑选锚杆的长短或者粗细，以此来挑选出经济、合理、科学的锚杆支护参数；（6）在最初设计的基本上，依据地质情况和巷道的断面大小对锚杆支护配件参数开始设计；（7）在施工过程中，设立巷道监控程序，对巷道的围岩实行一天二十四小时的动态监控，及时反映围岩数据，以确保计划方案的实施。

4工程应用

4.1 巷道地质条件

坐落在安徽省淮南市凤台县的西北的顾北矿井，井田分为两个生产程度，其中，一水平标高为-648m，矿井一水平划为北一、南一和南二，这3个开采地块又包含十个采区，而首要采集的北一地块又被分为4个采区。北一底板轨道上山巷道布置在泥质软岩中，地质构造复杂，围岩强度低，变形量大，U型钢支架失稳，拱顶部位U型钢支架剪断，临近工作面一帮向巷道内收敛严重，部分出现断裂的情况，整个巷道形状改变量又一米上下。

4.2 锚杆支护参数设计

依据实地对顾北矿井的调查和有关数据的测验，将这些参数输入程序。想到实验得出的是围岩的强度，因此两侧的围岩体强度只取岩块的百分之三十，里面的摩擦角一样，经过地应力的试验得到主应力为十三点八三兆帕，侧面的压力位零点八二，锚杆初次的选材为BHRB335的钢筋。因为顾北矿井使用锚网索喷的支护方式，因此他对顶板锚固力的要求为不低于一百千牛，侧面的锚固力不少于，喷混凝土时要进行两次，第一次喷的时候，混凝土的厚度不能少于五十毫米，第二次时，要喷够设计时的厚度一百五十毫米。思考到顾北矿井的使用时间比较长，同时预防锚固体范围外的离层，在锚杆支护的基本上还要采用锚索补强支护。

5 结束语

本文基于顾北矿的巷道条件出发，分析锚固复合承载的特性，结合支护原则给出了相应的支护方案。

参考文献

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加固设计论文篇8

关键词：渣浆泵；离心泵；两相流理论；设计

中图分类号：TH311 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）05（c）0000-00

1 引言

渣浆泵在水利、煤炭、冶金等工业部门的固体物料水力运输方面被广泛应用并占有举足轻重的地位。传统的渣浆泵设计一般建立在单相流理论的基础之上，而这种理论并不适合渣浆泵中所抽送的固液混合物料的两相流体特性，因此设计出的渣浆泵轴封泄露比较严重，效率低、磨损严重且寿命短。虽然采用部分关键参数经验取值的方法可以在一定程度上克服单相流理论的缺陷，但是对渣浆泵的性能改进效果并不明显。

因此，基于两相流理论对渣浆泵进行设计是提高其性能的关键。本文在两相流理论的基础上，考虑了所抽送两相物料的具体性质，设计了一种新型实用的离心式渣浆泵，所设计的渣浆泵具有耐磨、工作稳定可靠、寿命长等优点。

2设计理论

根据两相流理论进行渣浆泵设计的核心思想是：要考虑到渣浆泵中的两相物料是分离流动的，固相颗粒和水流的受力是不同的，由于固相颗粒在渣浆泵中的运动和受力特性非常复杂，两相流理论中有一种“畸变速度设计法”是利用固相颗粒的运动和水流运动的边界条件近似相等的关系求出水流的畸变速度场后再进行设计。

在进行设计前先确定设计参数如下：流量Q=50m3·h-1，扬程H=18m，转速n=1450r·min-1，效率η=60%；以实际应用中重介质选煤为例，把磁铁矿粉作为固相颗粒，其密度ρs=4.6*103kg·m-3，固相颗粒的最大直径dsmax=0.075*10-3m，固相颗粒的中值粒径d50=0.06*10-3m，固相颗粒的体积浓度Cv=20%，固相颗粒的质量浓度Cw=53.5%，浆体密度ρm=1.72*103kg·m-3。

渣浆泵的过流部件价格如图1所示，其中1为叶轮，2为吸水室，3为压出室，本文主要对叶轮和压出室进行设计。

2.1 叶轮的设计

叶轮的主要设计参数包括叶轮进口直径D0，叶片进口直径D1，叶轮出口直径D2，叶片进口宽度b1和叶片出口宽度b2。

根据两相流体模型，以叶轮内的固液两相流体的水力损失最小为原则，考虑到临界沉降速度并且在离心力和绕流阻力的作用下叶轮中的固相和水流具有不同的速度，固相颗粒在叶轮的进口容易堆积堵塞，水流速度相对更大，而固相颗粒在叶轮出口处对水流产生抽吸，固相颗粒的速度相对更大。根据以上原理进行一系列的数学推导可以得到如下设计参数，叶轮轴面投影如图2所示。

D0=0.070m，D1=0.066m，D2=0.200m，b1=0.037m，b2=0.032m。

2.2 压出室的设计

压出室设计的合理与否对渣浆泵的性能具有很大影响，为了保证设计出的离心式渣浆泵具有较高的效率和良好耐磨性，本文选择涡室断面为矩形的螺旋形压出室。其主要的设计参数包括基圆直径D3，进口宽度b3，隔舌安放角θ，涡室第VIII断面面积FVIII。

其中D3一般取D2的1.05到1.20倍，具体取值与渣浆泵的大小有关，θ一般取30°到50°之间的角度。根据经验以及数学推导，可得如下设计参数：

D3=0.220m，b3=0.076m，θ=45°，FVIII=3.762*10-3 m2。

3 结构设计

本文设计的离心式渣浆泵选择卧式单级悬臂模式，其主要部件包括泵头、轴封、传动部件组成。

本文渣浆泵的泵头由泵盖、泵体、叶轮和护板四部分组成。采用双泵壳结构，用泵盖和泵体共同构成渣浆泵的外壳，为了保证外壳强度和便于加工，可以选用球墨铸铁材料制作外壳；内壳由前后护板和护套组成，护套即为上文所设计的压出室，为了提高甭的水利和耐磨性能，可以选用碳化硅制作内壳。叶轮同样选择碳化硅作为制作材料，叶轮前盘和前护板之间采用斜面密封。

本文渣浆泵采用填料密封的方式进行轴封，水封压力要达到22m水柱，并且注意轴封部件要采用泵压入式工作方式。

传动部件可以采用滚筒式脂托架，并保证轴承能够在托架上沿轴向运动，轴承两端进行迷宫密封。

4 总结

采用以上方法设计得到的离心式渣浆泵能够有效减轻泵中抽送的固液混合物料对过流部件的磨损，从而提高了渣浆泵的寿命和工作效率，并且轴封的设计对密封性提供了良好的保障，保证了渣浆泵可以稳定可靠运行。

同时也可以看出利用两相流理论进行离心式渣浆泵的设计更符合渣浆泵的工作特点，设计出的渣浆泵具有更广阔的应用空间。然而，在高浓度、粗颗粒、高硬度的固液混合物流下的渣浆泵设计还有待进一步加强研究。另外，随着计算机技术的发展，渣浆泵的计算机辅助化设计也是研究方向之一，对未来高性能、强耐磨耐腐蚀的渣浆泵的开发设计开辟了一条新的道路。

参考文献

[1] 董星，马安昌.耐磨离心式渣浆泵的设计[J].煤矿机械，2001（4）.

[2] 李颖芝. 基于抗冲蚀性的实用新型渣浆泵设计[J].硅谷，2009（14）.

[3] 张玉新，陈春祥，郭俊强等.低比转数离心式渣浆泵的理论和设计[J].水泵技术，1999（3）.