The ultimate pullout capacity of anchors in frictional soils


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Abstract

During the last 30 years various researchers have proposed approximate techniques to estimate the uplift capacity of soil anchors. As the majority of past research has been experimentally based, much current design practice is based on empiricism. Somewhat surprisingly, very few numerical analyses have been performed to determine the ultimate pullout loads of anchors. This paper presents the results of a rigorous numerical study to estimate the ultimate pullout load for vertical and horizontal plate anchors in frictional soils. Rigorous bounds have been obtained using two numerical procedures that are based on finite element formulations of the upper and lower bound theorems of limit analysis. For comparison purposes, numerical estimates of the break-out factor have also been obtained using the more conventional displacement finite element method. Results are presented in the familiar form of break-out factors based on various soil strength profiles and geometries and are compared with existing numerical and empirical solutions.RésuméAu cours des trente dernières années, divers chercheurs ont proposé des techniques approximatives pour estimer la capacité d'arrachement des ancrages dans le sol. Comme la majorité des recherches antérieures ont été expérimentales, une bonne part de la pratique courante de conception est basée sur l'empirisme. Il est quelque peu surprenant que très peu d'analyses numériques ont été réalisées pour déterminer les charges ultimes d'arrachement des ancrages. Cet article présente les résultats d'une étude numérique rigoureuse pour estimer la charge ultime d'arrachement de plaques d'ancrage verticales et horizontales dans des sols pulvérulents. Des limites rigoureuses ont été obtenues au moyen de deux procédures numériques qui sont basées sur des formulations en éléments finis des théorèmes de limites supérieure et inférieure de l'analyse limite. Pour fins de comparaison, de nombreuses estimations numériques du coefficient de rupture ont été obtenues au moyen de la méthode plus conventionnelle de déplacement par éléments finis. Les résultats sont présentés sous la forme familière de coefficients de rupture sur divers profils de résistance au cisaillement, et ils sont comparés avec les solutions numériques et empiriques existantes.

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