全 文 ：第 23卷 第 1期 　　　　　　　　河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报　　　　　　　 Vo .l 23 No. 1
2005年 3月 　　 JOURNA OF HEBEI INST ITUTE OF ARCH ITECTURAL ENGINEERING 　　M arch 2005
收稿日期:2004 - 10 - 25
作者简介:女 , 1974年生 , 讲师 ,张家口市 , 075024
双压花锚具试验的分析及数值模拟
崔宏环　张立群
河北建筑工程学院
摘　要　介绍应用有限元软件对双压花预应力锚具试验结果进行辅助分析的一个简要过程 ,
对双压花锚具的力学性质做出论证 ,同时对数值模拟方法进行了探讨.
关键词　锚具;预应力;数值模拟;有限元
中图号　TU3
1　论文背景
伴随着现代建筑结构的发展 ,越来越多的新型异型结构在实际的生产实践中有着广阔的应用前景.
这些新型结构的应用一般来说可以有效降低生产成本;能够改进整个建筑构造形态 ,使之更加趋于合
理;或者由于独特建筑设计的需要 ,不得不采用新型的结构形式. 为了保证这些新型的结构形式在工程
实际中的可行性 ,一般我们对一种新型的结构形式都要通过试验来进行初占的验证 ,但是结构试验不能
够全部反映出试验构件的性质.因为结构试验本身也受到以下几个方面的约束 ,首先 ,结构试验本身的
经费投入较大 ,很难完全的模拟实际生产中的各种情况 ,其次 ,在试验过程中由于试验仪器 、试验条件的
限制不能充分的采集数据 ,给试验结果分析带来不便.为了有效解决这些问题并最大限度的利用实验结
果 ,我们在 2002年进行双压花顾应力混凝土锚具试验的同时 ,对试验进行了数值模拟的拓展和分析.
2　试验概况
试验简介:预应力双压花
锚具是在已经应用于工程实际
中的预应力单压花锚具的基础
上提出的一种改进形式. 双压
花锚具结构形式如图 1:
本次试验的关键问题是要
测定在受力过程中 A的位移 ,
然而 A点是深埋在混凝土中 ,不能直接测定该点的位移 ,因此可通过测定 B点的位移来推断混凝土内
部 A点的位移.另外 ,由于 A点四周的混凝土在受力过程中的力学性能的变化对整个构件的影响至关
重要 ,所以我们希望能够充分了解这些部位混凝土 的应力 —应变情况. 试验中我们通过检测混凝土试
件表面的应变来推断其内部的变化. 在分析实验结果时 ,我们采用了数值模拟技术 ,使得这些试验结果
更加直观更加便于观察.
3　试验的数值模拟分析
采用大型有限元软件 ABAQUS对本次试验进行数值模拟分析 ,通过对试验构件进行简化后建立可
行的数值模型 ,然后对模型赋予了与试验相同的材料的力学性能及荷载.分析过程可分为如下几步:
1)建立数值模型
试件的实物比较复杂 ,根据结构构件轴对称的特点对实体进行了简休 ,取本试件最不利的六分之一
进行模拟 ,将钢绞线取一股进行研究 ,模型的简化经过及简化结果如图 2:
2)数值模拟运算结果如下:
a初期加荷阶段应力在钢绞线中传递 (图 3)
b加载过程中混凝土的应力分布图(图 4)
c核心区混凝土与受压区混凝土应力分布图(图 5)
3)结合数值模拟结果分析试验结果
双压花锚具试验的 B点的位移 —拔出力数据及曲线如下:(表 1)
表　1
读数 10 19. 9 40. 2 60. 1 70. 1 80. 2 90. 1 101 110 120
拔出量 0 0. 59 1. 52 2. 56 3. 33 3. 65 3. 95 4. 25 4. 61 4. 78
读数 130 142 155 165 175 486 195 207 220 230
拔出量 5. 05 5. 25 5. 4 5. 5 5. 29 5. 71 6. 1 6. 77 7. 2 7. 54
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　　对于该拔出力—拔出
量曲线进行分析 ,我们不
难发现 ,整条曲线大致由
三段组成. 第一段为荷载
等级小于 70 ～ 80KN 时 ,
曲线大致成一直线分布.
这一段 ,分析可以得出在
这个荷载等级下 , A点的
位移基本为零. 拔出量主
要由 B ～ A之间的钢绞线
的弹性拉伸贡献 ,大致呈
线性分布.结合数值模拟的图 3可以看出在外加荷载较小的情况下混凝土没有开裂应力 ,但钢绞线的平
直段已经克服了与混凝土的摩擦开始伸长.第二段为荷 载等级由 70 ～ 80KN到 170 ～ 180KN之间.这一
段的数据点仍呈直线分布 ,但直线的斜率明显减小.可以分析得出在这一荷载等级间 , A点有了很少的
位移 ,但试件整体仍然稳定的结论.此时的拔出量主要由 B ～A之间的钢绞线弹性拉伸以及 A点前后的
混凝土的变形所引起.从数值模拟的情况也可发现在这一过程中 A点周围的混凝土应力增大但未达到
破坏强度 ,但此时的 A点周围的混凝土已有了微裂缝的存在.第三段 ,为 170 ～ 180KN至 270KN左右整
个试件破坏.本阶段从数据反映出拔出量显著增大 ,结合数值模拟的图 4、5可以推断 A点左右的混凝
土已经破坏并且破坏的加速至破坏. 如图 b、c所示 ,图中绿色区域已达到了混凝土的破坏强度.可以认
为此阶段的 A点位移由核心区混凝土 、受压区混凝土的破坏引起的压花变形引起.
4　结　论
本次试验验证了预应力双压花锚具的力学性质 ,可以看出预应力双压花锚具的受力性能较之传统
的压花锚具有了明显的提高 ,工作荷载在 170KN以下时锚具的力学性能稳定. 锚具的破坏主要是由于
压花周围的混凝土被压碎.对进一步研究双压花锚具改进锚具的构造提供了试验依据.
应用数值模拟进行实验数据辅助分析可以更加形象的理解试验过程 ,有助于试验结论的得出并使
之更加合理化 ,在充分分析试验结果的基础上为进一步改进结构形式提高结构性能提供直观的依据.
参　考　文　献
[ 1] ABAQUS THEORY MANUAL
[ 2]杜拱辰. 现代预应力户混凝土结构. 北京:中国建筑工业出版社 , 1988
[ 3]傅温 , 张玉明.高效预应力混凝土工程技术.北京:中国民航出版社 , 1996
[ 4]王勖称 , 邵敏.有限元的基本原理和数值方法.清华大学出版社 , 1997
Analysis ofDoub le-ball-Anchor Expermi ent and Numer icalm ethods
Cui　Honghuan　　　Zhang　 liqun
Hebei Institute of A rchitec tura l and C ivil Eng inee ring
Abstract　U sing Numerica lmethods in finite e lement to analyze doub le-ball-anchor is stated in this paper.
A t the sam e tim e, the mechanica l cha racters of doub le-ba ll-ancho r and the techniques o fNumerica l
methods are discussed. Some conc lusions abou t themechanical character of double-ball-anchor are presented
in this paper.
Keywords　anchor;double-ball-anchore;nume ricalmethods;finite element
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