焊接锚垫板锚固区拉压杆模型及配筋设计

针对焊接锚垫板齿板锚固区配筋,提出了一种锚固区新型拉压杆模型。首先对齿板锚固区6种典型效应、主应力迹线以及力流平衡关系进行分析并建立新型拉压杆模型,其次通过美国国家公路与运输官员协会(American Association of State Highway and Transportation Officials,AASHTO)Load-and-resistance Factor Design Bridge Design Specifications、Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary(ACI 318-19)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)和欧洲设计建议Practical Design of Structural Concrete进行拉压杆模型参数定量化设计,根据拉压杆几何关系推导出焊接锚垫板齿板锚固区劈裂力计算式,利用有限元分析,拟合出焊接锚垫板下齿板锚固区劈裂力合力重心计算式。最后通过算例分析,按本文建议的拉压杆方法进行焊接锚垫板齿板锚固区结构配筋设计,能较好地控制锚下典型效应问题,相比《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)给出的设计方法,拉压杆模型法能较好地反映结构传力机制且具备可行性和可应用性,可为焊接锚垫板齿板锚固区配筋设计提供参考。

焊接锚垫板锚下混凝土锚固区传力性能试验

由Q235钢和Q345钢制作的新型环保焊接锚垫板可以替代受力性能差、造价高、能耗高的传统铸造锚垫板。为研究焊接锚垫板锚下混凝土锚固区极限承载力、破坏形态及裂缝宽度,采用微机控制四柱压力机对11个配置螺旋式间接钢筋的混凝土局部受压试件进行锚固区传力性能试验。结果表明,预应力混凝土锚固区极限承载力实测值明显大于计算值,焊接锚垫板喇叭管直径的增大会降低预应力混凝土锚固区的极限承载力,焊接锚垫板底板厚度的增加会提高预应力混凝土锚固区极限承载力。基于试验结果,提出了考虑焊接锚垫板喇叭管直径和底板厚度影响的焊接锚垫板锚下混凝土极限承载力计算公式。

焊接锚垫板受力分析

为了提高预应力结构的安全性,解决传统铸造锚垫板存在的易拉裂和易破碎等问题,研制出以Q235钢为原材料的与锚具配套的焊接锚垫板。以5孔圆形锚垫板为例,通过承载力计算、有限元分析和锚固区传力性能试验研究了锚垫板的受力性能。结果表明,焊接锚垫板能够提高锚固区的承载力,承载时应力分布较为均匀,不易发生破坏,可应用于预应力锚固体系。

焊接锚垫板及锚下混凝土受力分析

设计制作了5孔圆形Q235焊接锚垫板以及与锚具配套的混凝土试件,根据国家标准对试件进行锚固区传力性能试验,研究了试件表面混凝土的应变变化、裂缝宽度扩展、破坏荷载和锚垫板变形情况。结果表明:试件混凝土应变和裂缝宽度分别在第13次和第10次循环中达到稳定,破坏荷载为1813.96 kN,试件周围混凝土破坏后锚垫板仅发生1 mm塑性变形,达到国家标准《预应力用锚具、夹具和连接器》规定要求,能满足工程应用。

弹性地基梁法确定扁形焊接锚垫板的平板尺寸

为了更好地推广扁形焊接锚垫板,提高扁形焊接锚垫板的设计水平,依据锚固区有限元仿真分析结果和锚固区传力性能试验结果,在满足现行标准、规范要求的情况下,提出了确定扁形焊接锚垫板平板尺寸的方法。具体做法是:取单位宽度的锚垫板平板,将其当作悬臂梁,把锚垫板的锥筒当作该悬臂梁的固定端支承,锚垫板平板下面的混凝土当作锚垫板的弹性支承,用弹性地基梁理论推导了在预加力作用下锚垫板平板的挠度、转角、弯矩等方程,确定了最大弯矩,根据最大弯矩计算了平板的尺寸。以5孔扁形锚垫板为例,对锚垫板的平板尺寸进行了计算。结果表明,采用这种方法,可以较方便地计算出锚垫板的平板尺寸,便于扁形锚垫板规格化、规范化生产,提高了锚垫板设计与优化的效率。