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本文首先参考国外规范标准建议,将后张预应力混凝土锚固区划分为局部锚固区与总体锚固区两部分,并对两部分基本问题作了分别阐述研究,然后结合OVM15B—4DT扁型锚具模型有限元模拟应力分析,通过扁型锚垫板荷载传递性能试验,得出了一些结论。本文的主要研究成果可以概括为:
(1)本文在结构复杂扁锚建模时,对单元选取、网格划分、材料非线性、摩擦接触、破坏准则以及收敛控制给出了一些建议。
(2)扁型锚具锚下混凝土的受力状态,实际上是典型的局部承压问题。有限元分析和试验研究都表明,局压区域存在着较大的横向拉应力。在面积比的值较小的情况下,应力峰值很高,这是造成局压区域纵向产生裂缝的主要原因。有限元计算结果表明:
①扁锚锚下截面的压力非常集中,但随着逐渐远离锚具,其截面应力逐渐扩散,最后均匀地传递到混凝土中。
②扁锚锚下混凝土侧表面存在一个拉应力集中区,位于锚垫板中部偏下的位置;存在一个压应力集中区,位于锚垫板下约80mm处,而锚垫板总长为240mm。
③在定义路径AB对应的横向拉应力(第一主应力)看出,在扁型锚垫板中部偏下的锚固区侧表面混凝土横向拉应力较大,而试验时纵向裂缝也是从该处开始产生,说明该处能否很好地扩散应力是扁型锚垫板结构设计合理的标尺,也是混凝土锚固区有效承载设计的目标。
④在扁锚锚下混凝土内配置间接钢筋可以有效减小锚下混凝土的横向拉应力,从而提高锚下混凝土的局部承压能力。
(3)对于特殊锚垫板扁锚作用下的局部锚固区,可以通过荷载传递验证试验加以检验。针对我国目前尚无锚具荷载传递验证试验相关标准的现状,我们以国际FIP1993建议进行试验,其验收结果是锚下性能良好。以国际标准FIP试验的OVM扁型锚具锚垫板荷载传递性能试验,对我国规范增加相关总体锚固区设计条款,使锚固区设计更细化、更完善,是有一定借鉴意义的。
本文对试验试件测试点应变值跟模型仿真模拟对应区段应变值进行了一些尝试对比分析,模拟结果跟试验数据吻合,总结出了一套模拟扁锚及锚固区的科学方法,这在国内是首次的。