РАСЧЕТ ДЕРЖАЩЕЙ СИЛЫ АНКНЕРНОЙ ОПОРЫ С ВЫДВИЖНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

 

Попов А.Л., Вихарев А.Н. (Северный (Арктический) федеральный университет им. Ломоносова, Архангельск, РФ)

Ророv A.L., Vikharev A.N. (Northern (Arctic) Federal University

named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk, Russia)

 

Рассматривается новая конструкция анкерной опоры с выдвижными элементами. Приведены результаты по теоретическому расчету держащей силы анкера на основе квазипотенциального моделирования.

 

We consider a new design of the anchor with reach elements. There are the results of theoretical to calculation on holding power of the anchor on the basis of the quasipotential modeling.

 

Ключевые слова: анкер, грунт, призмы выпирания, держащая сила.

Key words: anchor, soil, prism of building, holding power

 

Расчет держащей силы лесосплавных опор являются важным этапом при проектировании крепления плотов и лесосплавных гидротехнических сооружений. Надежная и безаварийная эксплуатация опор зависит не только от их конструкции, но и от методики расчета держащей силы.

На рис.1 приведена новая конструкция анкерной опоры с выдвижным элементом [1]. При помощи копровой установки анкер в сложенном состоянии забивается на проектную глубину. К гибкой тяге анкера прикладывается усилие, которое через ролики передается штанге и втулке. Происходит выдвижение штанги  из втулки и её заглубление, т.к. площадь давления на грунт у наконечника меньше чем у втулки. После выдвижения штанги на всю длину происходит раскрытие лопастей.

Рисунок 1 – Грунтовый анкер с выдвижным элементом: 1 – штанга; 2 – наконечник; 3 – втулка; 4 – лопасти; 5 – ролики; 6 – тяга; 7 - ограничитель

На первом этапе исследований на основе использовалось квазипотенциальное моделирование напряженного состояния грунта вблизи работающего анкера [2]. Определялись теоретические формы призм выпирания грунта образующегося перед анкером при его сдвиге по методике, рассмотренной в [3]. Экспериментальные исследования поводились в лабораторных условиях. Для регистрации формы призмы выпирания образующейся перед опорой использовали метод компьютерной обработки изображений c помощью приложения  MatPIV к программе MATLAB. Суть методики приведена в работе [4]. Авторами разработана компьютерная программа, которая определяет мгновенные вектора скорости перемещения грунта по каждой строке элементарных площадок. Наибольшая разница векторов соседних площадок будет соответствовать точке линии скольжения. Соединив точки, получаем две экспериментальные линии скольжения, проходящие через верхнюю и нижнюю кромки анкера. Теоретические и экспериментальные результаты приведены в  работе [5]. Отклонение теоретических кривых линий скольжения от экспериментальных не превышает 10%.

На основе полученных теоретически форм линий скольжения рассчитывалась держащая сила анкерной опоры путем интегрирования напряжений образующихся на боковой поверхности призмы выпирания. На рис. 2 показана схема напряжений на боковой поверхности призмы выпирания. Отрезком АВ обозначена проекция анкера.

 

Рисунок 2-Схема напряжений на боковой поверхности призмы выпирания

 

Действие массива грунта моделировалось квазипотенциальным поступательным потоком, а действие нагруженного анкера – потенциальным потоком «источник». Напряжения представлены в безразмерной форме. В условиях предельного равновесия они определяются по формулам 1 и 2.

                                   .                          (1)

                                    .                           (2)

Напряжения трения определялись по формуле 3.

                                        ,                                   (3)

Держащая сила определялась путем интегрирования напряжений на элементарной площадке ds по боковой поверхности призмы выпирания. По формуле 4 определялась держащая сила в безразмерном виде без учета сцепления, а по формуле 5 –  c учетом сцепления грунта с.   Соответственно по формулам 6 и 7 определяется держащая сила в Ньютонах.

,                               (4)

                              ,                                       (5)

                              ,                                  (6)

                                                                (7)

Для проверки теоретических зависимостей проводились экспериментальные исследования. Определение держащей силы анкера проводилось на лабораторной установке, включающей грунтовый бассейн, ручную лебедку с канатно-блочной системой, датчики силы и динамометр. На рис.3 представлен график зависимости держащей силы от относительной глубины заложения анкера. Точками показаны экспериментальные данные, а линией – теоретическая кривая.

Рисунок 3- График зависимости держащей силы анкера от относительной глубины заложения

        

В результате статистической обработки установлено, что расчетное значение критерия Кохрена 0,184 при табличном 0,25; дисперсия опытов 6,01; общее отклонение экспериментальных данных от теоретических 9,94%, что для механики грунтов приемлемы.

Дальнейшие исследования направлены на обоснование габаритных размеров анкерной опоры, расчету прочностных характеристик и разработке рабочих чертежей. 

                                Список использованных источников

1.    Патент на полезную модель RU 119358 U1, МПК E02D 5/80. Грунтовый анкер / Суров Г.Я., Вихарев А.Н., Лихачёв С.Е., Попов А.Л. (RU). – 2012116661/03; Заявлено 24.04.2012; Опубл. 20.08.2012, Бюл. №23

2.    Вихарев А.Н., Гагарин П.Н. Моделирование напряженного состояния грунта вблизи работающего анкера / Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. –Архангельск.- 2006. -№ 4. -С.36-41

3.      Вихарев А.Н., Расчет формы призмы выпирания грунта при вертикальном сдвиге анкера круглой формы методом квазипотенциального моделирования // Совершенсвование техники и технологии лесозаготовок и транспорта леса: сб. науч. тр. факультета природных ресурсов АГТУ, Вып. 4. - Архангельск: Арханг. гос. техн. ун-т, 2010. - С. 80-86.

4.    Вихарев А.Н., Попов А.Л., Емельянов А.А. Экспериментальные исследования форм линий скольжения грунта перед анкерной опорой с помощью MATPIV // Новые материалы и технологии в машиностроении: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 15. – Брянск: БГИТА, 2012. – С.188 – 191.

5.    Попов А.Л. Результаты исследования форм призм выпирания вертикально нагруженных лесосплавных грунтовых анкеров / Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. –Архангельск.- 2013. -.№6. – С.50-56