[发明专利]一种护坡椅式锚索桩组合结构及其计算方法

权利要求书

1.一种护坡椅式锚索桩组合结构，其特征在于，包括椅式桩、预应力锚索和挂板；椅式桩包括前桩、后桩和斜梁，前桩桩顶标高低于后桩桩底标高，前桩深入风化岩石层内部；后桩处于悬臂状态，相邻的前桩之间设有挂板；前桩和后桩通过斜梁相连，斜梁的一端与前桩顶端刚性连接，斜梁的另一端与后桩底端刚性连接，斜梁紧贴地面并在斜梁上设置两排预应力锚索，预应力锚索的一端固定在斜梁上，预应力锚索的另一端固定在边坡稳定的岩土体中，两排预应力锚索分别靠近斜梁两端。

2.一种如权利要求1所述的护坡椅式锚索桩组合结构的计算方法，其特征在于，其步骤如下：

搭建椅式抗滑桩计算模型，计算椅式桩前桩与后桩桩身内力；

斜梁承受锚索拉力、地基反力及前桩和后桩的作用力；基于后桩、斜梁重力荷载以及边坡与斜梁之间的摩擦力，在温克尔模型假定下，根据斜梁承受的作用力建立斜梁的挠曲线微分方程，并计算斜梁内力。

3.根据权利要求2所述的护坡椅式锚索桩组合结构的计算方法，其特征在于，所述斜梁内力的计算方法为：

设定后桩桩长为h₁、斜梁长度为h₂、前桩桩长为h₃；

斜梁与后桩桩底连接处B点斜梁的弯矩M_B及剪力Q_B的计算如下：

M_B＝M；

其中，M为填土水平推力作用于后桩桩底B点处的弯矩，Q为填土水平推力作用于后桩桩底B点处的剪力；为边坡坡度；G₁为后桩桩身重力；且G₁＝γabh₁g，γ为桩体容重，a为抗滑桩截面长度，b为抗滑桩截面宽度，g为重力加速度；

根据弹性地基梁理论，建立斜梁的挠曲线微分方程：

其中，E为斜梁的弹性模量，I为斜梁的惯性矩，k为基床系数，q(x)为梁上荷载；

通过对斜梁的挠曲线微分方程进行数学求解，得到斜梁C点处内力和位移的计算公式：

其中，y_c为C点处斜梁位移，y_B为B点处斜梁位移，θ_B为B点处斜梁转角，α为特征系数，P为锚索拉力，为锚索锚固角，x为斜梁计算点距原点的距离，x_c为计算点C点距斜梁原点的距离，x₁为第一排锚索距斜梁原点的距离，x₂为第二排锚索距斜梁原点的距离，且θ_c为C点处斜梁转角，M_c为C点处斜梁弯矩，Q_c为C点处斜梁剪力；

由地基系数法计算前桩桩顶水平位移x_cd及转角θ_cd：

其中，M₁为前桩桩顶处的弯矩，Q₁为前桩桩顶处的剪力，β为前桩的变形系数，φ₁、φ₂、φ₃、φ₄为地基系数法的影响值函数，且

M_c＝M_cb；

其中，N_cb为斜梁轴力，Q_cb为C点处斜梁剪力，G₂为斜梁重力，F_s为斜梁所受摩檫力，且G₂＝γabgh₂，μ为斜梁与坡面的摩擦系数；

令

根据C点处位移连续，斜梁C点处水平位移与前桩桩顶水平位移相等、转角相等，得到：θ_c＝θ_cd；

斜梁与后桩底端连接处的位移y_B和转角θ_B的计算方法为：

根据斜梁上锚索作用位置，斜梁内力的计算分为xBx1段的斜梁内力、x1x2段的斜梁内力和x2xc段的斜梁内力；

当x_B≤x≤x₁时，即斜梁xBx1段任一截面处的剪力Q_x及弯矩M_x的计算公式如下：

当x₁≤x≤x₂时，即斜梁x1x2段任一截面处的剪力Q_x及弯矩M_x的计算公式如下：

当x₂≤x≤x_c时，即斜梁x2xc段任一截面处的剪力Q_x及弯矩M_x的计算公式如下：