锚杆锚索框架梁受力分析计算流程心得分享

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今天和大家分享下框架梁的受力分析计算心得，基于在建项目典型地层（粘性土、全强风化砂岩、中风化灰岩及组合）分别计算对应的框架梁受力情况，以论证框架梁通用图符合设计要求，受力分析理论均来自于我偶像郑颖人院士出版的《边坡与滑坡工程治理》（第二版），大家可以对照看看。

一、格梁内力计算原理

锚杆、锚索框架梁内力计算一般采用经验类比法估算地梁内力或简单的按一般建筑基础的方法来计算地梁内力，但该方法没有较为严格的根据高边坡工程锚杆、锚索框架梁具体受力特点进行设计计算，存在一定的弊端，基于此针对本工程特点进行锚索框架梁内力计算。

对于预应力锚索格构的内力计算，建议按下述原则进行：

I.计算时宜将预应力锚索格构框架拆成单片梁的形式分别计算，根据岩石高边坡的力学特点，应分锚索张拉阶段和工作阶段分别计算地梁内力，并在此基础上综合比较分析，进行合理结构设计；

II.在张拉阶段，将地梁视为在上部集中力(锚索预张拉力)作用下置于坡面上的连续梁，此时锚索预张拉力已知，而地基反力未知，可选择合适的地基模型计算地梁内力。

III.在工作阶段，将地梁视为在线分布力作用下倒置于坡面上的连续梁，此时梁下主动岩体压力已知，而锚索张拉力未知，可按力矩分配法等计算地梁内力。

IV.工作阶段作用于地梁上的主动岩体压力宜通过现场监测分析确定，在无监测资料时可以根据岩体种类由边坡整体稳定分析或近似按主动土压力理论来确定。在具体处理过程中，还会涉及到锚索预应力损失等问题，需要结合既有工程经验来处理。

常用的地基计算模型有Winkler地基模型、弹性半空间地基模型、Winkler-Pasternak地基模型，各模型特点主要如下：

I.Winkler地基模型假定地基土表面上任一点处的变形与该点所承受的压力成正比，而与作用在其他点的应力无关，该模型计算简便，土质越软，土的抗剪强度越低计算结果就越满意，但由于没有考虑土体的连续性，忽略了土体中的剪应力作用；

II.弹性半空间地基模型假设地基是一个均质、连续、各向同性的半无限空间弹性体，属于连续介质模型，考虑了土压力的扩散作用，可以表征土体位移的连续性，但模量与泊松比为常数，其深度无限延伸，模量往往较实际情况偏小，因此夸大了地基的深度与土体压缩性，计算结果往往偏大；

III.Winkler-Pasternak地基模型假设各弹簧单元间存在着剪切相互作用，设变形过程中基础和地基保持接触，可以表征任何一点变形和压力强度的关系，相较以上模型更符合实际情况。

综上，推荐采用双参数Winkler-Pasternak地基模型来分析格梁的内力分布情况。

二、格梁内力受力分析

基于纵、横梁之间为铰支连接的假设，将格构分解开，拆成纵梁和横梁分别单独进行受力分析。鉴于高边坡工程的特点，分锚索张拉阶段和工作阶段分别进行分析。

（1）张拉阶段

预应力锚索格构的受力状态首先是在锚索张拉阶段，即指张拉刚刚完成的阶段。此时，作用于纵、横格构上的外力主要有：锚索张拉力、梁下岩体的反压力、格构重力、梁底摩擦力。由于后两者相对于前两者非常小，故只考虑作用于格构上的两个主要外力——锚索张拉力 T、梁下岩体的反压力q(x)。这时的格构在形式上可以看成一个倒扣在坡面上的连续梁，锚索抑制点即为连续梁的支座，而在连续梁的下表面则作用着指向梁的地基反压力，纵梁和横梁的受力模式如图所示。图中纵梁有一定的外延长度，而横梁则没有外延，有时横梁也有外延，此时作相应调整就可。

（2）工作阶段

当锚索预张拉完成并锚固抑制稳定后，预应力锚索构便逐渐地进入工作阶段，此阶段是预应力锚索格构结构的主要受力阶段。这时，作用于格构上的主要外力虽然仍是锚索张拉力和梁下岩体的压力，但这时梁下岩体压力的含义是不同的。在张拉阶段，地基反压力主要是由格构主动压岩体而产生的被动岩体压力。在工作阶段，由于随着坡体的滑移变形，若没有锚索存在，则格构会随着坡面岩体一起滑动，但若有锚索存在，由于锚索紧拉格构而抑制格构滑动，进而也就抑制坡体滑移，于是便起到加固坡体的作用，所以此时地基反压力则主要是来自格构下岩体变形挤压格构而形成的主动岩体压力。便于简化分析，这里假定坡体沿潜在滑面发生滑移破坏。于是，作用于格构上的主动岩体压力可根据边坡整体稳定分析来确定。当施工过程中有现场监测条件时，则应以现场监测资料为主要参考来确定主动岩体压力。锚索张拉力在工作阶段也与前一阶段有所不同，由于地基反力发生变化，所以锚索抑制力也必然发生变化。也就是说，在张拉阶段，作用于格构上的两个主要外力中，锚索张拉力是已知的，地基反压力是未知待求的；在工作阶段，地基压力即主动岩体压力则是已知的，而锚索张拉抑制力却是未知待求的。工作阶段的格构可直接按照倒扣在坡面上的连续梁来计算，对于纵梁来说，是一个超静定结构，而对横梁来说则为一个静定结构，但为了更贴近实际，建议采用张拉阶段同样的方法，输入实际岩土层进行计算。