CC BY
23
УДК 630.378
ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРОВ АНКЕРНОЙ ОПОРЫ С ВЫДВИЖНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
JUSTIFICATION OF THE SIZES ANCHOR SUPPORT WITH SLIDING
ELEMENTS
Попов А.Л., Вихарев А.Н., Емельянов А.А. (Северный (Арктический) федеральный университет им. Ломоносова, Архангельск, РФ) Ророv A.L., Vikharev A.N., Emelyanov A.A. (Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk, Russia)
Рассматривается новая конструкция анкерной опоры с выдвижными элементами. Обоснованы параметры анкерной опоры, даны рекомендации по ее применению.
We consider a new design of the anchor with reach elements. Parameters of an anchor support are proved, recommendations on its use.
Ключевые слова: анкер, грунт, призмы выпирания, держащая сила.
Key words: anchor, soil, prism of building, holding power
Разработка конструкции анкерных опор для креплении лесосплавных гидротехнических сооружений, имеющих повышенную держащую силу является важной задачей. На первом этапе исследований была предложена новая конструкция анкерной опоры с выдвижным элементом (рис. 1). Анкер в сложенном состоянии помещается в инвентарную трубу и при помощи копровой установки 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 [1].
На основе использования теории квазипотенциального моделирования напряженного состояния грунта [2] получены теоретически формы грунтовых призм выпирания образующихся перед анкером при его сдвиге [3]. Держащая сила анкерной опоры определялась путем интегрирования напряжений образующихся на боковой поверхности призмы выпирания. Отклонение экспериментальных данных, полученных в результате замеров держащей силы анкера в лабораторных условиях от вычисленных теоретических значений по методике предложенной авторами не превысило 10% [4].
Рисунок 1 - Грунтовый анкер с выдвижным элементом: 1 - штанга; 2 - наконечник; 3 - втулка; 4 - лопасти; 5 - ролики; 6 - тяга; 7 - ограничитель
В результате дальнейших исследований, обоснованы габаритные размеры анкерной опоры. Обоснование проводилось в лабораторных условиях. Опыты проводились на базе грунтового бассейна лаборатории водного транспорта леса и гидравлики САФУ. По разработанному плану экспериментов проводились замеры величины заглубления веретена анкерной опоры в зависимости от глубины забивки анкера. Число опытов и методика проведения экспериментов аналогичны исследованиям держащей силы анкерной опоры. Для сокращения количества опытов использовалась П-теорема. В результате был получен безразмерный параметр относительная глубины заложения анкера Н+ как отношение величины заглубления анкера к диаметру втулки. На рис. 2 приведен график зависимости величины выдвижения штанги анкерной опоры относительно лопастей анкера при различном заглублении анкерной опоры равном 2, 3, 4, 5 и 6 относительных глубин.
Из графика видно, что максимальная относительная глубина заложения анкера составляет от 4 до 5. Сначала происходит интенсивный рост величины заглубления веретена до 4 относительных глубин заложения анкера. После 5 относительных глубин происходит плавное уменьшение величины выдвижения веретена анкера.
he, мм 140 120 100 80 60 40 20 0
О
Рисунок 2 - Зависимости величины заглубления веретена анкерной опоры от относительной глубины заложения анкерной опоры H+.
Диаметр втулки анкерной опоры определялся в зависимости от стандартного диаметра инвентарных труб, служащих для забивки анкера. Увеличение диаметра трубы ведет к увеличению держащей силы анкера. Но трубы более высокого диаметра труднее забивать на проектную глубину, так как возрастает сопротивление грунта при забивке. Трубы меньшего диаметра легче забивать, но при этом сокращаются размеры анкера и возрастает трение в роликах, что снижает величину выдвижения штанги и снижает держащую силу. В результате анализа стандартных труб установлено, что в большей степени поставленным требованиям удовлетворяет труба с наружным диаметром 170 мм. В таблице приведены габаритные размеры анкера.
Таблица - Параметры анкера
Параметр Значение
Диаметр конуса, мм 205
Длина лопастей, мм 410
Ширина лопастей, мм 136
Наружный диаметр забивной трубы, мм 170
Для упрощения расчетов при определении глубины заложения анкера в производственных условиях на рисунке 3 представлен график зависимости держащей силы от относительной глубины заложения анкера для стандартного значения забивной трубы 170 мм для различных характеристик грунтов (<Р = <Р = 35П)
По результатам сравнения основных технических характеристик анкерных опор можно сделать вывод о том, что новая конструкция анкера с раскрывающимися лопастями имеет габаритные размеры меньше, чем анкерные опоры ЯС-200, при этом держащая сила новой конструкции при аналогичных характеристиках грунта сравнима с аналогичными анкерами.
Т,кН
140
120
100
80
60
40
20
0
2
3
4
5
6
7
8
9 10 И
\ _ <р = Зоа 2 - <Р = 35° Рисунок 3 - График зависимости держащей силы от относительной глубины заложения для различных характеристик грунтов
1. Патент на полезную модель RU 119358 Ш, МПК E02D 5/80. Грунтовый анкер / Суров Г.Я., Вихарев А.Н., Лихачёв С.Е., Попов А.Л. ^Ц). - 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. 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 .
4. Попов А.Л., Вихарев А.Н. Расчёт держащей силы анкерной опоры с выдвижными элементами / Актуальные проблемы лесного комплекса / Под общей редакцией Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции «Лес-2014». Выпуск 38. - Брянск: БГИТА, 2014 - С.200-203.
Список использованных источников
