基于数值仿真的背索锚碇系统研究

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1、河IL上业大学硕士学位论义具是本文的研究对象，苗先介绍钢绞线夹片式锚具的发展概况。(1)．国外钢绞线铺具的发展状况1939年，弗莱西奈(EFreyssinet)研制成功了铺固钢丝束的弗式铺具及与其配套的烈作用张拉下斤顶。1940年，比利时的麦J已尔(G．Magnel)研究成功了一次可张拉两根钢丝的麦式模块铺。1949年四位瑞士工程师发咧了BBRV徽头锚体系，1965年瑞士的洛辛格公司又丌发了用J-铺固钢绞线的VSL体系。英国的CCL公司在50年代初使用了单根钢绞线铺具具。德国地伟达(DYDIDAG)公司看到钢绞线应用的日益J同，除了凼锚板外，还设计了钟型锚板“8“1。到了70年代初

2、也研制成功了多根钢绞线铺泛，也研发了钢绞线锚具，它的铺板与众不另外西班牙、意大利、美国等国家在预应力钢绞线铺具研发方㈨也各自‘自己的独到之处。(2)．国内钢绞线锚具的发展情况在中国，钢绞线铺具的研发较晚。在60年代，我国成功研制了JM型铺具，80年代对其进行了改进，JMl2型锚具就是其中一个典型的类型，它是一种摩擦型铺具。同时，我国还第一个自主丌发了xM型的夹片式锚具。而研发成功的QM型铺具则代表了我国90年代钢绞线锚固技术的水甲。近年来又出现了OVM锚固体系，它是柳州欧维姆建筑机械自‘限公司在1990年自行研制丌发的””。§卜4课题的主要研究内容本课题的主要任务是建立铺具受力过程

3、的三维自‘限元模型，校核连接甲板和铺圈强度。本文主要包括以r内容：(1)了解预应力技术及其在钢筋混凝土中的应用，以及国内外关r钢绞线铺具的发展现状；(2)针对研究本课题需要，学习了数值模拟技术和弹掣性自‘限元的基本理论；(3)分析铺具的工作条什和受力情况，建立锚具的受力模型：(4)用三维造型软什Pro／E对锚具各组什进行几俐建模；(5)设置边界条什与模拟参数，利用有限兀模拟软件MARC建立铺板和锚垫板受力过程的自‘限元分析模型；(6)足尺模型试验的方法检验背索铺碇系统的强度。5基于数值仿真的背索锚碇系统研究第二章有限单元法的基本理论§2-1引言有限元法是目前工程技术领域中实用性最强

4、，应用最为广泛的数值计算方法之一。它的基本思想是将问题的求解域划分为一系列单元，单元之间仅靠节点连接。单元内部点的待求物理量可由单元节点物理量通过选定的函数关系插值求得。由于单元形状简单，易于由平衡关系或能量关系建立节点量之间的方程式，然后将各个单元方程“装配”在一起而形成总体代数方程组，加入边界条件后即可对方程组求解。有限元法的应用十分广泛，由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和波动问题，分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料等，从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学等领域，几乎在所有工程问题上都得到了发展与应用

5、。有限元法已经成为分析各种结构问题的强有力的工具，不论结构的几何形状和边界条件多么复杂，不论材料性质和外加载荷如何多变，使用有限元法均可获得满意的答案。然而有限元中基于小变形假设的线弹性在许多重要的实际问题中，例如橡皮型材料受载荷产生大变形，已不再适合，从而使得非线性有限元法日益发展起来有限元法的计算思路简述如下(1).结构离散化将工程结构离散为各种单元组成的计算模型，称作单元剖分。离散后，单元与单元之间通过节点相互连接；单元节点的设置、性质、数目等视问题的性质、描述变形形态的需要和计算进度而定。可见，有限元分析中的结构已不是原来的结构，而是由众多单元以一定方式连接起来的离散物体。

6、因此，有限元分析计算的结果都是近似的。一般情况下，单元划分越细则描述变形情况越精确，越接近实际变形，但计算量也越大。(2).单元特性分析①、选择位移模式在有限单元法中，选择节点位移作为基本未知量进行分析，称为位移法；选择节点力作为基本未知量进行分析，称为力法；取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量进行分析，则称为混合法。位移法易于实现计算自动化，所以应用范围最广。采用位移法，单元物理量如位移、应变和应力等可以通过节点位移表示出来，单元中位移的分布采用近似的插值函数描述。为了简便，位移通常被表示为坐标变量的简单函数。②、分析单元的力学性质根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目

7、、位置等，得到单元节点力和节点位移的关系式，是单元分析的关键一步。需要应用弹性力学中的几何方程和物理方程来建立力和位移的方程式，从而导出单元刚度矩阵。③、计算等效节点力物体离散化后，力被假定通过节点从一个单元传递到另一个单元。但是，在实际的连续体中，力是通过单元之间的公共边从一个单元传递到另一个单元的。因次，作用在单元边界上的表面力、体积力和集中力都需要等效地转移到节点上去，也就是用等效的节点力来代替所有作用在单元上的力。(3).单元组集把各个单元的平衡方程组合起来，