热铸锚具结构参数优化设计北大核心CSCD

拉索是应用于预应力空间结构中的主要受力构件,其端头热铸锚具对传力起到关键作用.目前,热铸锚具结构参数主要基于简单的理论计算并通过提高安全系数确定,经济性能较差并且可能存在一定安全隐患.基于锌铜合金材性试验结果,得到其压缩强度等力学特性,为锚杯设计奠定基础.提出了符合材料的“索端散丝-合金”简化弹性本构模型,并基于理论计算及参数化模拟方法,对热铸锚具结构进行参数优化,提出了锚杯平均壁厚、锚杯内外倾角及壁面摩擦系数等参数的工程取值建议.     

预应力钢结构锚固节点瞬态温度场分析

根据试验数据,建议了热铸锚填料锌铜合金和冷铸锚填料环氧树脂/钢丸混合物的比热容及导热系数计算公式.基于热传导理论和ABAQUS数值传热模拟平台,进行了ISO834标准火灾下锚固节点截面瞬态温度分布的参数分析.结果表明:随着受火时间的延长,热铸锚杯壁截面温度分布非均匀性逐渐显现,锌铜合金填料的升温速率显著低于锚杯壁;冷铸锚杯壁截面温度分布较均匀,包裹钢丝的填料区域较填料其他区域温度分布非均匀性降低.总体上,锚头沿中心轴的温度分布非均匀性显著,且升温明显滞后于环境温度,无防火保护的情况下锚杯内壁界面处的填料将在较短时间内失效.所提出的热铸锚截面瞬态升温理论计算式,为预应力钢结构锚头抗火承载力验算提供了理论依据.     

新型CFRP筋夹片式锚具理论与试验研究

提出CFRP筋夹片式锚具新的计算理论,并以此理论为依据设计一种新型CFRP筋夹片式锚具,它由锚杯、四片式夹片、涂砂铝套管或涂砂铜套管组成。在理论推导过程中,将夹片式锚具各组件在长度方向上分成多个等份,对其中各组件任意等份建立力学计算模型,并考虑各夹片间的独立性;通过静载试验对夹片式锚具的锚固性能进行测试,并分析比较锚杯拉应力的理论计算与试验实测结果。结果表明,该CFRP筋夹片式锚具计算理论能计算锚具各点的应力及横向位移,并能预测锚具极限承载力;此夹片式锚具适用于锚固高强CFRP筋,它的平均锚固效率系数达到94.9%,且性能稳定;锚杯拉应力的理论计算与试验实测结果较吻合。     

CFRP预应力筋夹片式锚具的试验研究

传统的夹片式锚具应用于CFRP(Carbpon:Fiber Reinforced Polymer/Plastics)预应力筋时必须进行改进,改进后的夹片式锚具由凹齿曲面的夹片、锚杯、塑料薄膜以及薄壁铝套管等组成.在夹片式锚具设计过程中,首先通过锚具的静力分析,推导锚杯的应力公式,然后根据Yon Mises屈服准则确定锚杯的最小厚度,再由锚杯和夹片的几何关系得到夹片的几何尺寸.试验研究表明,当锚杯倾角为3°、夹片预紧力为 100 kN、铝片厚度为1 mm、凹齿间距为12.85 mm和凹齿深度为0.3 mm时,夹片式锚具表现出较好的锚固性能,极限荷载达到了185 kN,相应的锚固效率系数为96.4%.锚杯长度、锚杯倾角、夹片预紧力、凹齿间距、深度和宽度以及铝套管的厚度等试验参数,均对夹片式锚具的极限承载力及CFRP筋和夹片之间的滑移量有较大影响.锚杯应力的实测值与理论值吻合良好,验证了锚具应力分析的可靠性.极限荷载的计算式具有较好的适用性.     

CFRP筋复合式锚具锚固性能的试验研究

当复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋或拉索应用到斜拉桥的拉索体系时,黏结式锚具和夹片式锚具均有其自身的局限性。对此,根据普通拉索锚固体系的特点,并结合CFRP筋夹片式锚具和黏结式锚具的研究成果,提出了锚固CFRP筋的复合式锚具。复合式锚具由楔紧锚固端和黏结锚固端组成,其中楔紧锚固端包括锚杯、带有凹齿的夹片、铝套管以及塑料薄膜,黏结锚固端包括钢套筒和黏结介质活性粉末混凝土RPC(Reactive Power Concrete)。静载试验研究了锚杯长度、钢套筒长度、夹片预紧力、筋材预张拉力等试验参数对复合式锚具锚固性能的影响。试验结果表明,复合式锚具的试件极限荷载最大为208kN,相应的锚固效率系数为104%,大于95%,满足规范要求。复合式锚具两种锚固形式的锚固长度较合理组合为:对不预张拉锚具,锚杯长度40mm,黏结锚固长度100mm;对预张拉锚具,锚杯长度60mm,黏结锚固长度60mm。提出的复合式锚具极限荷载计算式具有较好的适用性。     

FRP筋复合式锚具锚固性能的试验研究

当复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋或拉索应用到缆索承重桥梁的拉索体系中时,粘结式锚具和夹片式锚具均有其自身的局限性。对此,根据普通拉索锚固体系的特点,并结合FRP筋夹片式锚具和粘结式锚具的研究成果,提出了锚固FRP筋的复合式锚具。复合式锚具由后部的楔紧锚固和前部的粘结锚固组成,其中楔紧锚固部分包括锚杯、带有凹齿的夹片、铝套管以及塑料薄膜,粘结锚固部分包括钢套筒和粘结介质-活性粉末混凝土RPC(Reactive Power Concrete)。静载试验研究了锚杯长度、钢套筒长度、夹片预紧力、筋材预张拉力等参数对复合式锚具锚固性能的影响。结果表明:复合式锚具试件中的极限荷载最大为208kN,相应的锚固效率系数为104%,大于95%,满足规范要求。复合式锚具两种锚固形式的锚固长度较合理组合为:对不预张拉锚具,可取锚杯长度40mm以及粘结锚固长度100mm;对预张拉锚具,可取锚杯长度60mm以及粘结锚固长度60mm。提出的复合式锚具极限荷载计算式具有较好的适用性。     

CFRP预应力筋夹片式锚具的试验研究

传统的夹片式锚具应用于CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer／Plastics）预应力筋时必须进行改进,改进后的夹片式锚具由凹齿曲面的夹片、锚杯、塑料薄膜以及薄壁铝套管等组成。在夹片式锚具设计过程中,首先通过锚具的静力分析,推导锚杯的应力公式,然后根据VonMises屈服准则确定锚杯的最小厚度,再由锚杯和夹片的几何关系得到夹片的几何尺寸。试验研究表明,当锚杯倾角为3。、夹片预紧力为100kN、铝片厚度为lmm、凹齿间距为12．85mm和凹齿深度为0．3mm时,夹片式锚具表现出较好的锚固性能,极限荷载达到了185kN,相应的锚固效率系数为96．4％。锚杯长度、锚杯倾角、夹片预紧力、凹齿间距、深度和宽度以及铝套管的厚度等试验参数,均对夹片式锚具的极限承载力及CFRP筋和夹片之间的滑移量有较大影响。锚杯应力的实测值与理论值吻合良好,验证了锚具应力分析的可靠性。极限荷载的计算式具有较好的适用性。     

FRP筋模块化夹片锚具设计及试验研究

纤维增强复合即FRP材料属于各向异性材料,需要针对FRP的特性开发新的锚固系统。与传统FRP锚固方式不同,FRP筋模块化夹片锚具是将FRP筋、多孔切片铝套以及夹片作为一个标准模块,并将其压入锚杯的模块安装孔内。根据实际工况,在锚杯上增加或减少模块安装孔的数量,从而达到拉索的使用要求。利用ANSYS Workbench有限元软件,对模块化锚具的内锥倾角、夹片与锚杯的角度差、锚固长度、FRP筋材间距、夹片预紧力等参数进行分析,提出了一种新型模块化锚固形式,并通过试验的方法来测试模块化夹片锚具的锚固性能。结果表明,采用模块化夹片锚具对FRP筋进行锚固的方法是可靠的,本文开发的模块化夹片式锚具的锚固效率超过90%,有利于锚固设计,降低成本。     

高温下热铸锚拉索的力学性能研究

通过30个热铸锚拉索构件在常温及高温下的拉拔试验,获得不同温度下热铸锚拉索构件的失效模式及荷载-位移曲线,研究了热铸锚的粘结机理和高温下的失效机理.研究表明,温度低于100℃时,热铸锚锚固节点基本不会先于拉索破坏;高于300℃时,热铸料软化,拉索连同热铸料一起拔出,热铸锚拉索试件的极限强度和初始刚度随温度升高而下降,温度高于300℃时,节点开始失效,工程中可通过增大锚杯尺寸改善高温下锚固效果.     

钢绞线锚板的参数试验

在液压顶升工程中，锚具不仅要保证钢绞线紧锚而且要保证其顺利脱锚。现场使用中锚具的主要问题是经常发生咬合，难以脱锚。本文从防咬合的角度对锚板设计参数进行了分析，详细介绍了锚板参数的正交试验和对试验结果的方差分析，并给出了锚板的最佳参数。     

预应力CFRP板夹片式锚具的研制与试验研究

预应力碳纤维板夹片式锚具用于加固混凝土结构,其利用摩阻锚固原理设计,主要由夹片和锚板组成,依靠锚板、夹片以及夹片之间的碳纤维板互相挤压形成一个整体结构;从理论上分析了夹片式锚具的工作原理及力学模型,以此设计锚具的关键尺寸.试验表明预应力碳纤维板夹片式锚具具有极高的锚固性能.     

纤维复合材料自锁式锚具设计及力学性能研究

为有效张拉和锚固环向纤维布,提出一种新型的锚固系统--自锁式锚具,该锚具由锚头、螺栓、螺母和高强纤维布组成,可以根据需要组合成单层纤维布或双层纤维布的张拉锚固装置。自锁式锚具可分为锚头固定式和锚头活动式两种,试验研究表明：锚头固定式锚具不使用黏结胶,适用于对混凝土墩柱进行快速加固,可以对环向碳纤维条带施加20%左右的预应力;锚头活动式锚具工艺简单,可以对环向碳纤维条带施加超过30%的环向预应力,更适用于实际工程。基于试验结果,给出了锚具尺寸和纤维布长度的计算方法,提出了通过扭力扳手对环向纤维布施加和控制预应力的方法,建立了扭矩与环向纤维布中预应力的换算式,并验证了该式的可靠性;分析了环向纤维布张拉过程中锚具的受力机理,理论分析和试验结果表明自锁式锚具具有良好的可靠性和实用性。     

夹片式锚具锚垫板系列的尺寸估算——预应力锚固区安全探讨之四

锚垫板和螺旋筋是预应力锚固区的重要预埋件,他们和结构混凝土共同工作,承担锚具传来的巨大集中荷载。市售和工程正式采用的锚垫板及螺旋筋,都应符合认可标准试验。预应力结构物的锚固区,可能只有一个锚具,也可能有分布多样的多个锚具。这个区域的混凝土及锚垫板应力复杂多变,结构设计规范很难提供用之皆准的计算准则。预应力技术发祥于西欧,这里的权威们制订了技术认可标准,产品生产者及结构设计者都严格遵从。锚垫板及螺旋筋的产品设计,不可能完全脱离计算,至少估算是需要的。有限元分析法能探讨锚垫板的应力分布状况,有助于拟订锚垫板的设计。该文依据发布在《预应力技术》2012年第3期上的"预应力锚固区安全探讨之三",拟订了圆形夹片式锚具下配用的锚垫板及螺旋筋系列尺寸,可供产品生产者设计产品之用,也可供工程设计、施工单位参考。该文的估算办法参考了美国PTI标准用于普通钢板加工型锚垫板的计算准则,只用了简单的结构力学和经验参数。该文仅拟订了ф15钢绞线1～37孔锚具的锚下配件。实践经验对预应力技术很重要,该文列出了法国Freyssinet体系、瑞士VSL体系、中国QM、OVM、QVM体系的锚垫板、螺旋筋、波纹管尺寸,可供对照参考。该文考虑了我国铁道部门的相关要求。     

302φ~■5大吨位冷铸锚具

由上海市政工程设计院和上海市第一市政工程公司合作设计制作的目前国内最大的302φ~s5大吨位冷铸锚具,系采用国外典型的HIAM冷铸锚构造,其特点是钢丝并拢后集束进入锚杯,然后散开穿过穹形的锚板镦头定位。这种锚具设计合理,尺寸紧凑,已达到国外同类锚具的水平。     

CFRP预应力筋夹片式锚具设计

锚具对CFRP预应力束性能的发挥起着重要作用,论文针对夹片式锚具的研发进行了阐述。从理论上进行了碳筋夹片式锚具体系受力分析,以及确定锚具的锥角a的取值范围及其与材料间摩擦系数的关系,并利用有限元软件ANSYS进行了锚具受力分析。论文讨论了锚环锥角、夹片与锚环之间的锥角差、锚具长度、铝套管厚度等因素对锚具性能的影响,通过数值分析确定上述参数的取值范围。根据对锚具简化受力体系和有限元分析的结论,设计了Ф8mm规格的CFRP预应力束锚具,并进行了试验。试验结果表明,该锚具具有较好的锚固性能,已经达到实用价值。     

结合有限元分析和性能实验的某类型锚板的优化设计

锚具在预应力结构工程中起着重要的作用,本文运用ANSYS软件对预应力群锚体系中12孔锚具进行受力优化分析。通过计算结果和应力分布规律,结合实验研究结果,对YM15—12型锚板进行优化设计,从而为锚固体系及锚具的最优设计提供理论依据和实验数据。本文内容,具有针对性和指导性。     

CFRP筋夹片式锚具数值分析

采用ANSYS有限元软件建立CFRP筋夹片式锚具数值有限元模型,通过分析计算结果,得出Tsai-Wu失效准则能够较好地模拟CFRP筋在复杂应力作用下的失效、荷载滑移的理论计算曲线基本能反映实际情况,锚杯外表面轴向应力和环向应力的计算值与实测值基本一致。     

球墨铸铁锥型锚具

“QTZ型锚具”是一种新型预应力锚具,成本低,有显著的经济效果;安全可靠,锚固性能良好;自成系列,可广泛用于各种预应力结构。 本文将阐明这种锚具的特点;理论分析和设计计算方法;系统地介绍锚环的强度实验和实验应力分析结果,锚具的工艺性能和疲劳特性的实验研究;以及典型的工程试点等情况。     

后张预应力桥梁工程中的几个问题

北京市东南二环、北四环上兴修了多座大型立交桥,其中东便门、蒲黄榆、刘家窑、安惠等桥采用了预应力混凝土连梁结构,并首次在城市立交中采用XM锚具、XM锚系列中的联结器及挤压锚、金属波纹管等预应力工艺设备。 XM锚与弗雷西奈国际公司的K系列锚具十分相似,同属一类。在锚夹片(楔片)开斜缝这一点上则优于国外同类直缝产品。由于是斜缝,XM锚不仅可锚固钢铰线     

预应力锚具锚下病害原因分析及建议

近20年来预应力技术在我国桥梁工程中得到了迅速发展,预应力锚固技术也日趋成熟,但同时预应力锚具的锚下病害问题也日益突出。通过对预应力锚具的锚下病害分析表明,出现病害的原因主要包括两个方面:其一是缺乏强制性的锚下荷载传递性能试验标准;其二为锚具产品制造的规范不完善。基于锚下病害的严重性和普遍性,建议对锚具产品性能指标制定更完善的国家标准。