随着预应力技术在桥梁、建筑、水利工程方面的大量应用,锚具作为保证有效传递预应力的关键部件也得到越来越多的关注。在保证锚固效率的同时,锚具的成本成为人们越来越关注的问题。 传统的设计沿用宁大勿小的原则,基于经验进行设计。锚具的受力情况较复杂,目前还很难用理论公式准确地计算出它的应力应变。本文以锚圈为研究对象,通过建立锚具组件的有限元模型,对锚具的受力过程进行分析,校核锚圈的强度,并对锚圈外形尺寸和材料展开优化,最后用物理实验验证。 在锚具受力过程的模拟方面,本文以七孔锚具为例,在分析了七孔锚具的工作状况及结构后,对锚圈、夹片及钢绞线的形状进行了简化,采用线性硬化弹塑性材料模型,设置摩擦系数之后,运用有限元分析软件建立数值模型,对七孔锚圈的受力过程进行模拟分析,得到了锚圈在受力过程中的应力应变及位移的分布状态,校核了锚圈强度。 在锚圈的尺寸及材料优化问题上,首先,对七孔锚圈的外形尺寸进行了优化,考虑到钢材的规格尺寸及产品机加工的要求,将七孔锚圈按照Φ135和Φ126两种尺寸规格分别进行模拟计算,分析同一直径的不同高度锚圈的应力应变的变化随高度的变化趋势,得到较优的高度。第三,对七孔锚圈的两种不同材料及其不同状态的模拟结果进行了比较,得出45钢通过调质处理提高它的屈服强度和断裂强度后,用来替代40Cr是可行的。最后进行了物理实验验证,模拟结果与实验结果比较一致,验证了数值模型的正确性。 通过以上研究,本文的结论对锚圈外形尺寸的设计和选用材料提供了理论依据,起到了一定的指导作用。