[发明专利]一种核心土通长黏结型对拉锚杆轴力分布的计算方法

权利要求书

1.一种核心土通长黏结型对拉锚杆轴力分布的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对锚杆受力微单元进行受力分析，得出相应的锚固体控制微分方程及轴力解析式；

S2、根据受力微单元的锚固体控制微分方程及轴力解析式，按受力微单元分段处变形连续且剪应力与剪位移是线弹性关系，建立通长黏结型对拉锚杆力学模型；

S3、根据力学模型，代入地层及锚杆参数，计算通长黏结式对拉锚杆轴力。

2.根据权利要求1所述的核心土通长黏结型对拉锚杆轴力分布的计算方法，其特征在于，对锚杆受力微单元进行受力分析，得出相应的锚固体控制微分方程及轴力解析式，包括：

S11、将对拉锚杆与浆体剥离，并分为混凝土段和围岩段；

S12、单独对混凝土段进行受力分析，得出对应的锚固体控制微分方程及轴力解析式：

根据对拉锚杆的实际受力处于平衡状态，可得：

简化可得：

其中：d_s为通长黏结型对拉锚杆的直径，dr为取出微单元体的长度，σ_s(r)为对拉锚杆的轴应力，τ(r)为锚杆或浆体界面的剪应力；

根据胡克弹性假定，得：

其中：E_a是通长黏结型对拉锚杆的弹性模量，S_e为锚杆的形变量；

联立式(2)和式(3)，得：

假定锚杆或浆体界面剪应力与剪位移的关系处于线弹性状态，得：

其中：S_s为锚杆或浆体界面剪切位移；

假定锚杆与浆体的变形是协调的，得：S_s＝S_e (6)

联立式(4)-(6)，得通长黏结型对拉锚杆锚固体系的微分控制方程：

其中：G_c为混凝土段的剪切模量；

对于通长黏结型对拉锚杆，混凝土段边界方程为：

其中：P为通长黏结型对拉锚杆两端的预紧力，A为杆体横断面的面积，且A＝πds²/4；

带入混凝土段长度r＝a，则混凝土段边界方程为：

其中：P_a为混凝土段和围岩段分段处的轴力；

将式(8)带入式(7)，得：

其中：待定系数

带入混凝土段长度r＝a，对于混凝土段，在混凝土段和围岩段连接处锚杆或浆体界面剪切位移表示为：

S13、单独对围岩段进行受力分析，得出对应的锚固体控制微分方程及轴力解析式：

根据步骤S12，得围岩段的控制微分方程：

其中：G_s为围岩段的剪切模量；

对于长度为l的锚杆，围岩段的边界方程为：

将式(14)带入式(13)，得：

其中：待定系数

带入混凝土段长度r＝a，对于围岩段，在混凝土段和围岩段连接处锚杆或浆体界面剪切位移表示为：

将混凝土段和围岩段合成整体进行受力分析，按混凝土段与围岩段变形连续以得出分段处轴力值：

3.根据权利要求2所述的核心土通长黏结型对拉锚杆轴力分布的计算方法，其特征在于，根据受力微单元的锚固体控制微分方程及轴力解析式，按受力微单元分段处变形连续且剪应力与剪位移是线弹性关系，建立通长黏结型对拉锚杆力学模型，包括：

S21、将式(18)带入步骤S12和S13中，得出通长黏结型对拉锚杆的轴应力解析式：

S22、将锚杆轴应力乘以杆体截面积，得到通长黏结型对拉锚杆轴力的力学模型解析式：P_r＝Aσ_s(20)。

4.根据权利要求1所述的核心土通长黏结型对拉锚杆轴力分布的计算方法，其特征在于，基于通长黏结型对拉锚杆轴力的力学模型，结合对拉锚杆长度和对应的锚杆轴力可建立相应的轴力分布曲线。