锚索非线性振动特性与张拉力关系研究

发布时间：2020-05-24 17:27

【摘要】：作为大型锚固工程中的主要支护手段,锚索能嵌入稳定的岩体中,将破裂或不稳定岩体(块)与牢固稳定的岩体连结在一起,使锚固结构整体承载力大大提高,且具有结构简单、工程适应性强、成本低等优点,因而在矿山、水电、交通、建筑等领域中得到广泛应用。锚索的张拉力状态关系到锚固工程的安全与稳定,但在实际锚固工程中,其张拉力状态不可避免会受到各种因素的影响,因而锚索张拉力状态检测一直是工程界关注的重要课题。但目前的锚索张拉力检测手段存在诸多缺陷与不足,亟待相关理论与检测手段的进一步研究。本文提出利用非线性振动特性来检测锚索张拉力状态的方法,对试验构件加载状态下的自由振动加速度信号进行解析模式分解、希尔伯特变换等处理,得到反映构件界面状态非线性振动程度的指标——频率变化量,然后通过分析不同张拉力状态锚索体系界面状态的变化规律,从而建立锚索张拉力状态与构件非线性特性变化的关系,结果证明利用非线性振动特性识别锚索张拉力状态有一定的可行性。本文的主要内容和结论包括:(1)介绍了带自由段预应力锚索与全长粘结性锚索的构造以及区别,阐述了锚索体系的传力机理和破坏模式,深入分析了锚索张拉力作用下注浆体界面脱粘发展的变化规律。(2)简述了激振下弹性应力波的基本特性,详细分析了横向激振下锚垫板以及锚索索体的振动模型,并结合轴向锚索张拉力作用对振动模型非线性的成因以及变化进行了详细分析。(3)介绍了振动与振动信号的分类,重点对比了几种非平稳振动信号的处理方法,针对试验信号的非线性振动特性,详细分析了本文要用到的解析模式分解、希尔伯特等方法的适用性并进行了仿真算例验证。(4)设计制作了3个锚索构件,进行锚索张拉力状态的非线性振动特性研究试验,对构件各分级加载的自由振动加速度信号的处理分析,得到构件在各级加载下的频率-振幅曲线以及反映非线性振动程度的指标。(5)对频率-振幅曲线与频率变化量进行分析,得到以下结论:锚垫板处和锚索中部的频率-振幅曲线呈现出明显的非线性特性,即频率随振幅的增大而减小;锚索中部的非线性特性受注浆段界面以及锚垫板界面效应的叠加影响;锚垫板处的非线性特性主要来自于锚垫板和混凝土之间的界面效应,锚索张拉力越大,非线性程度越大。本文以前人的研究为基础,利用非线性振动理论,研究锚索张拉力的改变与非线性振动特性变化的关系,主要创新点包括:深入分析锚索锚固段注浆体界面的脱粘发展以及横向激励下锚索结构的振动模型,试验结果验证了界面脱粘发展以及振动模型合理。设计并进行了锚索张拉力状态的非线性振动特性研究试验,信号检测过程不会对锚固结构造成破坏,试验检测仪器安装方便,试验操作简单易广泛应用。对加载状态下构件自由振动信号进行解析模式分解和希尔伯特变换分析处理,有效引入一个非线性振动特性指标——频率变化量,试验验证了利用界面效应引起的非线性特性判断锚索的张拉状态的可行性。
【图文】：

示意图,锚索,示意图,索线

2.2 锚索的基本构造及分类2.2.1 锚索的组成锚索主要是由索体、锚夹具、锚垫板、锚固剂以及其它辅助构件组成，各构件的种类、规格和质量等都要满足国家现行的相关规范[46]。此外，锚索的选择以及与其相关的其他构件的种类和规格及其配置方式都要根据实际的锚固工程需求工程规模以及施工地点的实际工程条件来确定。① 索体锚索索体材料通常采用钢绞线或者钢丝，，材料具备高强度、高韧性、低松弛等特性，具有一定的柔性同时兼具一定的刚度。索体通常是由几束经过除绣及调直处理的索线沿同一中心轴螺旋捻制编束而成的，编束时，锚索索线一定要逐根顺畅，不能紊乱。索线性能会直接影响锚索的锚固性能与锚固工程的使用寿命，锚索索体有多种规格的公称直径，其中包括 12.7mm、15.24mm、17.8mm 以及18.9mm 等尺寸，每种公称直径规格又有 2 束、3 束、7 束等多种钢绞线束捻制结构形式，其构造如图 2.1 所示。

示意图,夹具,示意图,锚索

结构mmmm积mm2kg/mMpakN小荷载kN%%%1x7标准型15.24 140 1.11470 206 1853.51570 220 19860 <1.0+0.4 1670 234 211-0.2 1720 241 21770 <2.51860 260 2341960 274 247 80 <4.5②锚夹具锚夹具是锚索体系中用来固定锚索的装置，主要作用是调整锚索的拉力，并将锚索的拉力通过锚垫板承压转移到被锚岩体上。常见的张拉端锚具是用于张拉预应力钢绞线的夹片式锚具（YJM），其中包括锁具和夹片，两者按照锚索索体的规格搭配使用。常见的 7 束 15.24mm 的单根锚索锚夹具示意图如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU476

【参考文献】