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预应力锚固体系的有限元分析及实验研究

浏览次数: 日期:2013年2月1日 15:10

     摘要:预应力是指为了改善结构或构件在各种使用条件下的工作性能和提高其强度而在使用前预先施加的永久性内应力。目前最常见的情况是将预应力施加于混凝土上,形成压应力,以部分抵消或全部抵消结构使用中本会出现的拉应力。而由于预应力混凝土结构所具有的较高技术经济指标和广泛适用性的特点,促使其被广泛地应用于土木、机械等工程领域,如桥梁、高层建筑、水工结构、地下工程等。预应力锚固体系根据锚固预应力筋的不同分为钢绞线锚固体系、钢丝束体系、钢筋束体系及粗钢筋体系,锚具的优良特性是至关重要的,它直接影响到预应力的效果和结构安全性。我国预应力锚固体系的研制和开发仍主要建立在试验的基础上,缺乏科学的理论依据。这除了是因为预应力锚固技术是一个综合性前沿学科,涉及面广,牵涉学科多有关,还因为在对锚具结构进行结构分析时,存在许多困难:如锚具本身的复杂形状,探索锚具内部信息的实验手段有限,另外还有钢绞线与夹片,夹片与锚环,锚环与垫板之间的相互作用和它们在载荷作用下变化的力学和几何特性。所以迄今为止,还没有理论研究或经典公式能充分地预测锚具的特性。以钢绞线锚固体系为主要研究对象,根据锚夹具工作原理对锚夹具的力学性能进行初步的理论分析。通过ANSYS软件对锚夹具进行的数值模拟分析,得到锚夹具结构内外的应力-应变分布,应力集中及屈服百分比等,获得科学的理论依据,从而为锚具的理论研究提供借鉴作用。同时通过实验获取相关的实验数据,如锚环与夹片的相对位置,沿锚具外周表面的应变分布等,并通过将实验结果与ANSYS软件的分析结果进行比较,说明采用ANSYS模拟分析可以对锚具特性进行有效的预测。由此,我们可依据ANSYS软件所得到的分析结果,来揭示锚具内部的应力应变分布状况,为进一步改进和优化锚具设计提供理论依据。由有限元分析和实验测量结果的分析可以得出如下结论:
  (1) 从应厂化批量生产来讲效益是可观的。

  (3) 在试验过程中,可以看到在张拉中夹筋孔的牙齿夹持住预应力筋,随着载荷增加,夹片进入锚环孔,整个夹片各处都受载,但分布不同,随着夹片跟进,锚环下部开始受拉力,并随力的增大而增大,但到达一定范围后,力逐渐变小,并最终表现为下部锚环区域为受压。但从测量结果可以知道锚环受压的区域比较小,锚环外表面大部分区域表现为受拉,并在中上部达到峰值,中部偏上部位应变量最大,表示锚环的中上部分受力较大。即在中上部首先有支持,夹片主要受力在中部偏上处。

  (4) 有限元分析结果和实验测量结果对比分析两者是一致的,表明采用ANSYS模拟分析可以对锚具特性进行有效的预测。
 

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