锚固区预应力局部受荷的数值模拟
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采用 有 限元法．
所 以工程上 将等 于构 件 高 度 的这 一 过 渡 区段 称 为
端 块． 块 以外 的应 力用 初等梁 理论进 行分 析 ， 端 但在
端 块 以 内 初 等 梁 理 论 就 已 不 再 适 用 ［ ． 时 端 块 的 １ 同 ］
２ 有 限元 分 析 箱 梁 锚 固区局 部受 力
由于 端 部锚 固区域 的应力 分 布 复杂 ， 常 可采 通
受 力情 况 比较 复杂 ， 不仅存 在着 不均匀 的纵 向应力 ； 而 且存在 剪应力 和 由弯矩 引起 的横 向拉 应力．
用深度 有 限 元 建模 方 法 （ 体 级 ） 进 行 精 确 的分 实 来
析 ． 引 以下 为 用有 限 元分 析 计算 的不考 虑 预 留孔 道 的情形 的应力 分布 规律．
隶 光 英 ， 王 庆 国
（ 西 铁 路 工 程 职 业 技术 学 院 ， 南 ７ ４０ ） 陕 渭 １０ ０
摘 要 ：在 预应 力混凝 土结构 中， 由于锚 固 区受到较 大集 中力作 用 ， 容 易在 受压 区附近 产 生微 裂缝 甚 很
至 可能发 生脆性破 坏 ， 对结构 的使 用寿命和 安全将 产 生严 重影响． 如果 清楚 的分析 出锚 固 区受力的详 细
特点 ， 同时采取 有 效对策 ， 这样就 可 以避 免 裂缝 的产生 或发 生脆・ ａ ￣ 事故 ， 而提 高结 构的耐 久性． ｔ ｔ－ ｇ 从
关 键 词 ：锚 固 区 ； 部 受荷 ； 值 模 拟 局 数 中 图 分 类 号 ：ＴＵ３ １ ３ １ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ７ — １ ９ ２ １ ） ４ ０ ９ － ０ ６ １ １ Ｘ（ ０ ０ ０ － ０ ３ ３
区内横 向拉 应力 沿 Ｘ轴 的最大 值为 １ ７ＭＰ ， Ｚ ． ａ 比 轴 的最大值 １３ＭＰ ． ａ稍微大一 些 ， 主要是 因为 端 这 截面 的长短边 尺寸不 同．
２ １ 建 立 模 型 ．
１ 箱 梁 锚 头 部 位局 部 受 力分 析
箱梁 桥 一般 采 用后 张 法 预应 力混 凝 土 ， 预应 力
束穿在 构建 的孔道 中 ， 后 预 施应 力 在 断 面处 并 予 然
以锚 固 ， 在锚 固区内 的应 力分 布一般 比较复 杂 ， 于 属 三 向受力 状 态． 图 １ 示 ： 如 所
第２ Ｏ卷 第 ４期
２１ ０ ０年 １ ２月
湖 南 工 程
学 院 学 报
Ｖ０ ． ０ Ｎｏ ４ １２ ． ．
Ｄｅ ． ｃ ２Ｏｌ Ｏ
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｇｎ ｅ ｉｇ ｏ ｒ ａ ｆＨ ｎ ｎ Ｉ ｓｉ ｔ ｆ ｔ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
锚 固 区 预 应 力 局 部 受 荷 的 数 值 模 拟
域 ， 渐转换 成均 匀分 布的轴 向压应 力 ， 逐 同时产 生横
Ｏ 引 言
当构件 的端 面 中心在 受 到局 部 荷载 作用 时 ， 锚 下 截面 的压应力 非 常集 中 ， 过 随 着构 件 中受 力 点 不 离锚 具 的距 离越 远 ， 截面 应力将 逐步扩 散 ， 后被 其 最 均匀 地分 布到整个 截 面 上． 因此工 程 上 将 构件 锚 固 区分 为 了过 渡段 和 中 间段． 量 的试 验 和 理论 研 究 大 表 明ｎ ： 个 过 渡 区段 的长 度大 约 等 于构 件 的高度 ］这
图 ２ 混凝 土锚 区应 力 计 算 简 化 模 型
一
般混 凝 土假 设 为线 弹 性材 料 ， 材 料具 有 一 且
图 １ 端 块 集 中 力作 用
定 的抗拉 强度 ． 型如 图 ２所 示． 时参 考 ＯＶＭ１ 模 同 ５
—
锚 块 的巨大预 应力通 过构 件端部 的局部 受压 区
７全锚 具 的 垫板 尺 寸 参 数 ， 型 相 关 尺 寸 取 为 ： 模 ｃ
收 稿 日期 ： ０ Ｏ ７ ２ ２ １ —Ｏ —１
作 者 简 介 ： 光 英 （９ ３ ） 男 ， 教 ， 究 方 向 ： 程 结 构 受 力 分 析 ． 袁 １８一 ， 助 研 工
９ ４
湖南 工程学 院学报
２１ ０ ０年
＝ ２ ０ｍ ｍ ， ０ ａ＝ １ ０ ｍ ， － ６ ０ １ｉ ， ０ ０ｍ ｂ ０ Ｔｍ ｈ＝ １ ０ ｍ ． ４ ０ｍ
置 为模型几 何 中心．
图 ６ Ｚ方 向等 值应 力 与 位 移
竖 向压应 力 、 向拉 应力 、 向剪应 力 如 图 ４ 横 竖 ～
图 ６ 在锚 具 下端 截 面 产生 了横 向拉应 力 最 大值 约 ， １ ７ ａ和剪应力最 大值约 １ ． ａ 同时 ， 裂范 中 Ｃ ０取 值为 ３ ． Ｍ— ５ ４ ５Ｇ
Ｐ ， 松 比 按规 范采 用 ０ ２ 所选 的单元 为 Ａ ａ泊 ．； Ｎ— Ｓ Ｓ中的 Ｓ Ｉ ４ Ｙ ＯＬ Ｄ ５单 元 （ 点 三维实体 单元 ） 如 ８节 ， 图 ３在模 型 的底 面部 位 施 加位 移 约束 ， 垫 板上 施 在 加 ４ ． ａ的 均 布压 力 荷 载 ， 效 于 １ ７ ． Ｎ ４ ６ＭＰ 等 ９ ０ １ｋ 的局部压力 （ 其值 为 Ｏ ＶＭ１ —７ 具 中七根 钢 绞线 ５ 锚 施 加上 ０ ８倍极 限荷 载 １ ６ ａ时 之 和 ） 荷 位 ． ８ ０ＭＰ 受
，
向拉应 力 和剪应力 ． 在端 部力 系与梁 主体 之 间 ， 的 力 传递 主要呈 曲线形 力流 ， 流的 曲率 大小 不一 致 ， 力 存 在 的 区域 应 力 也 不 相 同． Ａ 区是 凸 向块 体 的 中 在 线， 产生 压应 力 ； Ｂ 区 曲率 成 反 向 ， 流 走 向与外 在 力 向弯 曲 ， 生横 向拉 应力 ； Ｃ区力 流呈 平行 线 ， 产 在 又 转 为轴 向压应 力． 果要进 行精 确 的定 量分 析 ， 般 如 一
所 以工程上 将等 于构 件 高 度 的这 一 过 渡 区段 称 为
端 块． 块 以外 的应 力用 初等梁 理论进 行分 析 ， 端 但在
端 块 以 内 初 等 梁 理 论 就 已 不 再 适 用 ［ ． 时 端 块 的 １ 同 ］
２ 有 限元 分 析 箱 梁 锚 固区局 部受 力
由于 端 部锚 固区域 的应力 分 布 复杂 ， 常 可采 通
受 力情 况 比较 复杂 ， 不仅存 在着 不均匀 的纵 向应力 ； 而 且存在 剪应力 和 由弯矩 引起 的横 向拉 应力．
用深度 有 限 元 建模 方 法 （ 体 级 ） 进 行 精 确 的分 实 来
析 ． 引 以下 为 用有 限 元分 析 计算 的不考 虑 预 留孔 道 的情形 的应力 分布 规律．
隶 光 英 ， 王 庆 国
（ 西 铁 路 工 程 职 业 技术 学 院 ， 南 ７ ４０ ） 陕 渭 １０ ０
摘 要 ：在 预应 力混凝 土结构 中， 由于锚 固 区受到较 大集 中力作 用 ， 容 易在 受压 区附近 产 生微 裂缝 甚 很
至 可能发 生脆性破 坏 ， 对结构 的使 用寿命和 安全将 产 生严 重影响． 如果 清楚 的分析 出锚 固 区受力的详 细
特点 ， 同时采取 有 效对策 ， 这样就 可 以避 免 裂缝 的产生 或发 生脆・ ａ ￣ 事故 ， 而提 高结 构的耐 久性． ｔ ｔ－ ｇ 从
关 键 词 ：锚 固 区 ； 部 受荷 ； 值 模 拟 局 数 中 图 分 类 号 ：ＴＵ３ １ ３ １ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ７ — １ ９ ２ １ ） ４ ０ ９ － ０ ６ １ １ Ｘ（ ０ ０ ０ － ０ ３ ３
区内横 向拉 应力 沿 Ｘ轴 的最大 值为 １ ７ＭＰ ， Ｚ ． ａ 比 轴 的最大值 １３ＭＰ ． ａ稍微大一 些 ， 主要是 因为 端 这 截面 的长短边 尺寸不 同．
２ １ 建 立 模 型 ．
１ 箱 梁 锚 头 部 位局 部 受 力分 析
箱梁 桥 一般 采 用后 张 法 预应 力混 凝 土 ， 预应 力
束穿在 构建 的孔道 中 ， 后 预 施应 力 在 断 面处 并 予 然
以锚 固 ， 在锚 固区内 的应 力分 布一般 比较复 杂 ， 于 属 三 向受力 状 态． 图 １ 示 ： 如 所
第２ Ｏ卷 第 ４期
２１ ０ ０年 １ ２月
湖 南 工 程
学 院 学 报
Ｖ０ ． ０ Ｎｏ ４ １２ ． ．
Ｄｅ ． ｃ ２Ｏｌ Ｏ
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｇｎ ｅ ｉｇ ｏ ｒ ａ ｆＨ ｎ ｎ Ｉ ｓｉ ｔ ｆ ｔ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
锚 固 区 预 应 力 局 部 受 荷 的 数 值 模 拟
域 ， 渐转换 成均 匀分 布的轴 向压应 力 ， 逐 同时产 生横
Ｏ 引 言
当构件 的端 面 中心在 受 到局 部 荷载 作用 时 ， 锚 下 截面 的压应力 非 常集 中 ， 过 随 着构 件 中受 力 点 不 离锚 具 的距 离越 远 ， 截面 应力将 逐步扩 散 ， 后被 其 最 均匀 地分 布到整个 截 面 上． 因此工 程 上 将 构件 锚 固 区分 为 了过 渡段 和 中 间段． 量 的试 验 和 理论 研 究 大 表 明ｎ ： 个 过 渡 区段 的长 度大 约 等 于构 件 的高度 ］这
图 ２ 混凝 土锚 区应 力 计 算 简 化 模 型
一
般混 凝 土假 设 为线 弹 性材 料 ， 材 料具 有 一 且
图 １ 端 块 集 中 力作 用
定 的抗拉 强度 ． 型如 图 ２所 示． 时参 考 ＯＶＭ１ 模 同 ５
—
锚 块 的巨大预 应力通 过构 件端部 的局部 受压 区
７全锚 具 的 垫板 尺 寸 参 数 ， 型 相 关 尺 寸 取 为 ： 模 ｃ
收 稿 日期 ： ０ Ｏ ７ ２ ２ １ —Ｏ —１
作 者 简 介 ： 光 英 （９ ３ ） 男 ， 教 ， 究 方 向 ： 程 结 构 受 力 分 析 ． 袁 １８一 ， 助 研 工
９ ４
湖南 工程学 院学报
２１ ０ ０年
＝ ２ ０ｍ ｍ ， ０ ａ＝ １ ０ ｍ ， － ６ ０ １ｉ ， ０ ０ｍ ｂ ０ Ｔｍ ｈ＝ １ ０ ｍ ． ４ ０ｍ
置 为模型几 何 中心．
图 ６ Ｚ方 向等 值应 力 与 位 移
竖 向压应 力 、 向拉 应力 、 向剪应 力 如 图 ４ 横 竖 ～
图 ６ 在锚 具 下端 截 面 产生 了横 向拉应 力 最 大值 约 ， １ ７ ａ和剪应力最 大值约 １ ． ａ 同时 ， 裂范 中 Ｃ ０取 值为 ３ ． Ｍ— ５ ４ ５Ｇ
Ｐ ， 松 比 按规 范采 用 ０ ２ 所选 的单元 为 Ａ ａ泊 ．； Ｎ— Ｓ Ｓ中的 Ｓ Ｉ ４ Ｙ ＯＬ Ｄ ５单 元 （ 点 三维实体 单元 ） 如 ８节 ， 图 ３在模 型 的底 面部 位 施 加位 移 约束 ， 垫 板上 施 在 加 ４ ． ａ的 均 布压 力 荷 载 ， 效 于 １ ７ ． Ｎ ４ ６ＭＰ 等 ９ ０ １ｋ 的局部压力 （ 其值 为 Ｏ ＶＭ１ —７ 具 中七根 钢 绞线 ５ 锚 施 加上 ０ ８倍极 限荷 载 １ ６ ａ时 之 和 ） 荷 位 ． ８ ０ＭＰ 受
，
向拉应 力 和剪应力 ． 在端 部力 系与梁 主体 之 间 ， 的 力 传递 主要呈 曲线形 力流 ， 流的 曲率 大小 不一 致 ， 力 存 在 的 区域 应 力 也 不 相 同． Ａ 区是 凸 向块 体 的 中 在 线， 产生 压应 力 ； Ｂ 区 曲率 成 反 向 ， 流 走 向与外 在 力 向弯 曲 ， 生横 向拉 应力 ； Ｃ区力 流呈 平行 线 ， 产 在 又 转 为轴 向压应 力． 果要进 行精 确 的定 量分 析 ， 般 如 一