预应力锚固体系的理论研究.pdf

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1、广东建材2010年第10期研究与探讨预应力锚固体系的理论研究鄞少强胡可刘映才(广东科学技术职业学院)摘要：本文以预应力锚固体系为研究对象，通过理论研究对预应力锚同技术的工作机理、发展特点、设计理论等方面作了较深入系统的研究，可为其它工程应用提供一定的指导。并为后续的预应力锚固体系的实验研究及有限元分析提供必要的理论支持。关键词：预应力混凝土；锚固体系；锚具；有限元分析预应力混凝土结构在建筑、桥梁、水利等工程领域有着十分广泛的应用。预应力混凝土结构是通过施加预应力以提高结构承载能力并进一步提高结构刚度，以缩小结构物

2、尺寸和减轻其自重，从而显著节约工程材料。我国从1988年开始大力提倡和发展预应力技术，随着我国经济的发展，尤其是交通和能源的发展，对预应力产品的需求前景必是非常乐观的。随着三峡工程的建设，以及2008年北京奥运会和2010年上海世博会的各项设施的建设，预应力技术将被更广的应用。因此，预应力锚固体系的需求量也必将不断增长。所以，对预应力锚固体系的研究必将大有可为。本项目研究是以预应力锚固技术在工程中的应用为研究对象，在搜集整理大量资料的基础上，对预应力锚固技术的工作机理、发展特点、设计理论等方面作了较深入系统的研究

3、，可为其它工程应用提供一定的指导。1预应力锚固体系的研究现状预应力锚固体系的重要性在于预应力的效果直接取决于锚固体系所能承受的载荷。然而长期以来，对于预应力技术中关键环节的锚固体系，我国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，存在许多团难：如锚具内部的力学性能并不能通过实验来分析，锚具本身的复杂形状，锚具内部的各元件的相互作用复杂等。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

4、特性。这势必会影响到预应力技术的进一步推广和应用。2预应力锚固体系的分类预应力锚固体系，通常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[1】。而预应力筋用锚具、夹具与连接器按锚固方式的不同，又可分为夹片式(多孔夹片锚具、JM锚具)、支承式(镦头锚具、螺丝端杆锚具等)、锥形式(钢质锥形锚具、槽销锚具等)和握裹式(压花锚具、挤压锚具)等四种乜】。而国家标准《预应力钢筋用锚具、夹具和连接器》【3]及行业标准《预应力钢筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》[4j中规定，按锚固性能不同，将锚

5、具类型划分如下：I类锚具：除必须满足静载锚具性能外，尚应满足循环次数为200万次的疲劳性能试验，在抗震结构中，还应满足循环次数为50次的低周期反复作用载荷试验。此类锚具适用于承受动载荷、静载荷的预应力混凝土构件。II类锚具：只须满足静载锚固性能的要求。该类锚具仅适用于有黏结预应力的混凝土结构。且锚具只能处于预应力变化不大的部位。但无论怎样划分，夹具和锚具所以能夹住或锚住钢筋，其主要是依靠摩阻、握裹和承篮锚固b]。依靠摩擦阻力锚固的锚具。如锥形锚、波型夹具、JM-12锚具、)(M型锚具及QM锚具体系等，均是借张拉钢

6、筋回缩带动锚楔(或夹片)将钢筋夹紧而锚固的。依靠承压锚固的锚具。如镦头锚具及夹具、钢筋螺纹锚具，就是利用钢丝(或钢筋)的镦粗头或螺纹承压而进行锚固的。先张法和后张法自锚构件中的预应力钢筋是利用钢筋与混凝土之间的黏结力进行锚固的。3锚固单元受力分析的理论研究在预应力锚固体系中，夹片是直接夹持预应力筋的一27—研究与探讨广东建材2010年第10期关键性元件，锚环与夹片一起组成重要的锚固单元，随着载荷的增加，当预应力筋受F力时(预应力筋张拉后的回缩力)，由于夹片内孔有齿咬合预应力筋，而带动夹片(不允许产生滑移)，进入锚

7、环锥孔内。由于楔形原理，越楔越紧[61。其受力分析如下，受力简图见图l。图1锚固单元工作原理图中F表示预应力筋所受的拉力；a为锚环的斜角；lI。表示夹片与锚环之间的摩擦系数，相应的摩擦角为8，即

8、Il=tgB；p。表示夹片和预应力筋之间的摩擦系数，相应的摩擦角为Y，即p2=tgY；N，为锚环对夹片的垂直反力与它们之间摩擦力的合力；H为N。在X轴上的分力；‘R为预应力筋与夹片之间的挤压力，且H=R。为保证锚固可靠，发挥锚夹具锚固夹持预应力筋的作用，夹片与预应力筋间的摩擦力应大于或等于F，以使预应力筋不产生滑动[7】

9、。即：Rtgg≥F(式1)在X轴、Y轴上取平衡方程式，得：Nlsin(a+13)=F(式2)N】COS(Q+B)=H(式3)因为H=R所以F=Rtg(a+B)，R--F／tg(Q+13)(式4)将(4)代入(1)，得RtgY≥Rtg(a+B)即，Rtgy≥Rtg(Q+B)，y≥a+13(式5)这时，锚具能够自锚。当Q>B时，锚具能够自松。由(2)式可见，夹片要锚固住预应力