一种岩壁吊车梁锚杆安全性评价方法与流程

1.本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及地下厂房岩壁吊车梁锚杆安全性评价方法。


背景技术：

2.岩梁锚杆一方面作为岩梁的结构之一参与岩梁的承载，产生的应力称为荷载应力，另一方面其深入围岩，同时也作为围岩的支护结构之一，参与系统支护结构限制围岩的变形。岩梁锚杆在岩梁层开挖后即完成安装，在地下厂房继续下挖过程中，围岩开挖变形必然会引起岩梁锚杆应力的增长，这部份非岩梁自重和吊车梁荷载引起的应力，称为释放应力，当围岩变形较大时，往往释放应力大于荷载应力，对岩梁锚杆的承载安全有较大的影响。
3.因此在进行锚杆安全性评价时，必须充分考虑围岩开挖变形引起的岩梁锚杆的释放应力。目前规范中未将释放应力计入锚杆安全系数计算中。


技术实现要素：

4.本发明是为了克服现有技术中的锚杆安全性评价方法，未将释放应力计入锚杆安全系数计算中的不足之处，提供一种岩壁吊车梁锚杆安全性评价方法，本技术的方法考虑了释放应力和荷载应力的影响，从锚杆应对轮压荷载引起的荷载应力的抵抗能力，以及锚杆综合应对荷载应力和释放应力的抵抗能力两个方面，提供了两个安全评价指标，对岩梁锚杆的安全性进行评价。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明的一种岩壁吊车梁锚杆安全性评价方法，所述方法包括以下步骤，获取岩壁吊车梁锚杆的设计参数中的抗拉强度标准值f
yk
；
7.计算锚杆在设计最大轮压下的荷载应力σ
y1
；
8.通过数值分析模拟方法计算，模拟厂房下挖过程，获取锚杆在地下厂房下挖过程中产生的释放应力σ
y2
；
9.通过数值分析模拟方法计算，获取锚杆的最大剪应力τb；
10.计算锚杆的第一mises应力σ
c1
和第二mises应力σ
c2
，所述第一mises应力σ
c1
是根据锚杆的最大剪应力τb和锚杆在设计最大轮压下的荷载应力σ
y1
计算，所述第二mises应力σ
c2
是根据锚杆的最大剪应力τb和锚杆轴向应力σb计算；
11.根据所述锚杆的抗拉强度标准值f
yk
、锚杆的第一mises应力σ
c1
和锚杆的释放应力σ
y2
，计算第一安全系数，所述第一安全系数的计算公式为若第一安全系数大于或等于2.5，则判定锚杆应对轮压荷载引起的荷载应力的抵抗能力满足要求；
12.根据所述锚杆的抗拉强度标准值f
yk
和锚杆的第二mises应力σ
c2
，计算第二安全系
数，所述第二安全系数的计算公式为若第二安全系数大于或等于1.5，则判定锚杆综合应对荷载应力和释放应力的抵抗能力满足要求。
13.作为优选，所述锚杆的第一mises应力σ
c1
的计算步骤，进一步包括：
14.根据锚杆的最大剪应力τb和锚杆在设计最大轮压下的荷载应力σ
y1
计算锚杆的第一mises应力σ
c1
，第一锚杆mises应力σ
c1
的计算公式为：
[0015][0016]
作为优选，所述锚杆的第二mises应力σ
c2
的计算步骤，进一步包括：
[0017]
所述锚杆在设计最大轮压下的荷载应力σ
y1
和释放应力σ
y2
，计算锚杆轴向应力σb，锚杆轴向应力σb的计算式为σb＝σ
y1
σ
y2
；
[0018]
根据锚杆的最大剪应力τb和锚杆轴向应力σb计算锚杆的第二mises应力σ
c2
，锚杆的第二mises应力σ
c2
的计算公式为：
[0019][0020]
本发明提供的评价方法的优点是，岩梁锚杆的安全性评价计入了释放应力的影响，并明确区分荷载应力和释放应力，同时采用双安全系数评价岩梁锚杆的安全性，避免的单一指标的片面性。主要表现在：
[0021]
(1)第一安全系数，k
b1
。对锚杆承载荷载应力的能力的计算过程中，在岩梁锚杆的抗拉强度标准值上扣除了岩梁锚杆的释放应力，较采用全抗拉强度标准值的方法，计算得到的安全系数更加贴近实际。
[0022]
(2)第二安全系数，k
b2
。在锚杆的综合承载能力的计算过程中，岩梁的轴向应力，明确计入了释放应力，较仅考虑荷载应力或模糊考虑释放应力和荷载应力的方法，计算得到的安全系数更加贴近实际。
附图说明
[0023]
图1是本技术实施例中的岩壁吊车梁结构示意图。
[0024]
附图标记：1、上排拉杆；2、下排拉杆；3、压杆；4、轮压作用线；5、岩壁吊车梁；6、围岩。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
[0026]
本发明的一种岩壁吊车梁锚杆安全性评价方法，所述方法包括以下步骤，
[0027]
步骤s1，获取岩壁吊车梁锚杆的设计参数中的抗拉强度标准值f
yk
；
[0028]
步骤s2，计算锚杆在设计最大轮压下的荷载应力σ
y1
；
[0029]
步骤s3，通过数值分析模拟方法计算，模拟厂房下挖过程，获取锚杆在地下厂房下挖过程中产生的释放应力σ
y2
；
[0030]
步骤s4，通过数值分析模拟方法计算，获取锚杆的最大剪应力τb；
[0031]
步骤s5，计算锚杆的第一mises应力σ
c1
和第二mises应力σ
c2
；
[0032]
步骤s6，根据所述锚杆的抗拉强度标准值f
yk
、锚杆的第一mises应力σ
c1
和锚杆的释放应力σ
y2
，计算第一安全系数，所述第一安全系数的计算式为，计算第一安全系数，所述第一安全系数的计算式为若第一安全系数大于或等于2.5，则判定锚杆应对轮压荷载引起的荷载应力的抵抗能力满足要求；
[0033]
步骤s7，根据所述锚杆的抗拉强度标准值f
yk
和锚杆的第二mises应力σ
c2
，计算第二安全系数，所述第二安全系数的计算公式为若第二安全系数大于或等于1.5，则判定锚杆综合应对荷载应力和释放应力的抵抗能力满足要求。
[0034]
具体的针对第一安全系数的计算方法中，所述计算锚杆的第一mises应力σ
c1
的步骤，进一步包括：
[0035]
步骤s101，获取锚杆的最大剪应力τb；
[0036]
步骤s102，计算锚杆在设计最大轮压下的荷载应力σ
y1
；
[0037]
步骤s103，根据锚杆的最大剪应力τb和锚杆在设计最大轮压下的荷载应力σ
y1
计算锚杆的第一mises应力σ
c1
，第一锚杆mises应力σ
c1
的计算式为：
[0038][0039]
因此，岩梁锚杆的第一安全系数，可按下式进行评价：
[0040][0041][0042]
式中，
[0043]kb1
为锚杆的第一安全系数；
[0044]fyk
为锚杆抗拉强度标准值，(n/mm2)；
[0045]
σ
c1
为第一锚杆mises应力，(n/mm2)；
[0046]
σ
y1
为岩梁锚杆荷载应力，(n/mm2)；
[0047]
σ
y2
为岩梁锚杆释放应力，(n/mm2)；
[0048]
τb为轮压荷载作用下锚杆截面上的剪应力，(n/mm2)。
[0049]
具体的针对第二安全系数的计算方法中，所述计算锚杆的第二mises应力σ
c2
的步骤，进一步包括：
[0050]
步骤s201，计算锚杆在设计最大轮压下的荷载应力σ
y1
；
[0051]
步骤s202，通过数值分析模拟方法计算，模拟厂房下挖过程，获取岩梁锚杆在地下厂房下挖过程中产生的释放应力σ
y2
；
[0052]
步骤s203，所述锚杆在设计最大轮压下的荷载应力σ
y1
和释放应力σ
y2
，由圣维南原理，计算锚杆轴向应力σb，锚杆轴向应力σb的计算式为σb＝σ
y1
σ
y2
；
[0053]
根据锚杆的最大剪应力τb和锚杆轴向应力σb计算锚杆的第二mises应力σ
c2
，锚杆的第二mises应力σ
c2
的计算式为：
[0054]
[0055]
因此，岩梁锚杆的第二安全系数，可按下式进行评价：
[0056][0057][0058]
σb＝σ
y1
σ
y2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式5
[0059]
式中，
[0060]kb2
为锚杆的第二安全系数；
[0061]fyk
为锚杆抗拉强度标准值，(n/mm2)；
[0062]
σ
c2
为第二锚杆mises应力，(n/mm2)；
[0063]
σb为锚杆轴向应力，(n/mm2)；
[0064]
σ
y1
、σ
y2
分别为岩梁锚杆荷载应力和释放应力，(n/mm2)；
[0065]
τb为锚杆截面上的剪应力，(n/mm2)。
[0066]
下面通过一个具体的实际示例对本方案做进一步说明，如图1是本实际示例的岩壁吊车梁结构示意图。
[0067]
获取岩梁锚杆的设计参数。本实施例中，上排拉杆1、下排拉杆2的抗拉强度标准值，f
yk
＝500mpa，压杆3的抗拉强度标准值，f
yk
＝400mpa。
[0068]
通过计算，获取岩梁锚杆在设计最大轮压下，上排拉杆1、下排拉杆2和压杆3分别产生的荷载应力，σ
y1
。本实施例中，计算得上排拉杆1σ
y1
＝79mpa，下排拉杆2σ
y1
＝63mpa，压杆3σ
y1
＝1mpa。
[0069]
通过数值分析模拟等方法计算，模拟厂房下挖过程，获取岩梁锚杆在地下厂房下挖过程中产生的释放应力，σ
y2
。本实施例中，上排拉杆1、下排拉杆2，和压杆3的释放应力取相同值，σ
y2
＝193mpa。
[0070]
通过数值分析模拟等方法计算，获取岩梁锚杆的最大剪应力，τb。本实施例中，上排拉杆1、下排拉杆2，和压杆3的剪应力取相同值，τb＝1mpa。
[0071]
按式1计算第一安全系数，k
b1
。本实施例中，上排拉杆1的第一安全系数，k
b1
＝3.9，下排拉杆2的第一安全系数，k
b1
＝4.9，压杆3的第一安全系数，k
b1
＝103.5。均满足要求。
[0072]
按式3计算第二安全系数，k
b2
。本实施例中，上排拉杆1的第二安全系数，k
b2
＝1.8，下排拉杆2的第二安全系数，k
b2
＝2.0，压杆3的第二安全系数，k
b2
＝2.1。均满足要求。
[0073]
现有技术规范中介绍了两种方法，分项系数极限平衡法和数值分析方法，两个方法评价指标不同。分项系数极限平衡方法没有直接的安全系数的概念，数值分析方法是采用安全系数的评价方法。
[0074]
本技术实施例提出的评价方法，是基于数值分析方法的，为了兼顾分项系数方法，利用已积累的分项系数平衡方法的经验，也兼顾数值分析方法，因此对锚杆的mises应力采用两种方法来计算。第一安全系数可以对比分项系数极限平衡方法，第二安全系数可以对比数值分析方法。同时，采用这样两种mises应力计算方法，明确将锚杆的荷载应力和释放应力区分了开来，计算物理意义明晰。
[0075]
本发明提供的评价方法的优点是，岩梁锚杆的安全性评价计入了释放应力的影响，并明确区分荷载应力和释放应力，同时采用双安全系数评价岩梁锚杆的安全性，避免的
单一指标的片面性。主要表现在：
[0076]
(1)第一安全系数，k
b1
。对锚杆承载荷载应力的能力的计算过程中，在岩梁锚杆的抗拉强度标准值上扣除了岩梁锚杆的释放应力，较采用全抗拉强度标准值的方法，计算得到的安全系数更加贴近实际。
[0077]
(2)第二安全系数，k
b2
。在锚杆的综合承载能力的计算过程中，岩梁的轴向应力，明确计入了释放应力，较仅考虑荷载应力或模糊考虑释放应力和荷载应力的方法，计算得到的安全系数更加贴近实际。