创新答辩

小直径预应力钢丝绳锚具的设计与分析目录项目的研究意义国内外研究现状分析研究目标.研究内容拟解决的关键问题研究方法技术路线实验方案具备的知识基础本项目的创新之处项目研究年度计划项目成果本课题主要是对小直径预应力钢丝绳（钢绞线）锚固装置进行研究，通过设计不同种类的锚具，监测钢丝绳的预应力损失，得到适合于小直径预应力钢丝绳（钢绞线）的锚固装置。本课题研究可以应用于体外预应力加固旧桥上，通过良好的锚具设计，传递体外束的预应力，最大限度减少体外预应力体系的预应力损失，延长桥梁的使用寿命，提高桥梁的安全性能。1.项目的研究意义2、国内外研究现状分析随着我国国民经济的发展，交通运输量迅速增长，道路上的行车密度和车辆轴重不断加大，公路桥梁负荷日趋加重，加之旧桥部分构件老化、破损或受原设计标准的限制，已不能适应现代交通运输的要求，桥梁需进行加固处理。现在国内多采用体外预应力钢丝绳加固的方法加固桥梁。其中最重要的一步就是锚固装置的设计。如今在国内多采用的端部锚具设计是：端部锚具尺寸根据预应力钢丝绳所受的拉力计算确定，扣除钢丝绳孔道后的净截面积须能满足钢丝绳所受拉力，根据梁底宽度和所需预应力钢丝绳根数，确定钢丝绳的布置层数，进而确定锚具的截面尺寸。端部锚具由钢丝绳根数和其承担的拉力荷载专门设计。为确保预应力钢丝绳张拉与锚固的方便，其外侧为开口形式，开口宽度比钢丝绳直径宽0.5mm，开口深度以能将钢丝绳有效锚固为宜。锚具的厚度考虑焊接的需要，宽度由钢丝绳的受拉力所需强度确定，长度根据梁底宽度确定。锚具制作完成后将其焊在宽度较大的钢板上。预应力钢丝绳的一端可直接穿入端部锚具的开口，另一端通过张拉器进行张拉。张拉长度满足两端的端部锚具间距时，将预应力钢丝绳从端部锚具的开口嵌入，对挤压锚头进行锚固。张拉时采用对称的原则，从中间向两侧对称进行，以防结构产生扭转、侧弯，一侧与另一侧的钢丝绳数量之差不超过3根。本课题通过对钢丝绳锚具的重新设计来加强和完善现有的锚固技术，延长桥梁的使用年限和提高桥梁的安全性能。3、研究目标本课题主要是对小直径预应力钢丝绳（钢绞线）锚固装置进行图纸设计，通过有限元软件（ansys/midas）及手算的方式对锚具进行局部受力分析，研究锚具的受力特点，最后通过试验对比几种锚具的锚固效果，得到适用于小直径预应力钢丝绳（钢绞线）的最佳锚固装置。由目前国内外对于体外预应力的设计与计算的研究比较成熟，但是对于锚具的设计比较匮乏，特别是对其受力情况研究的较少。由于锚具的设计重视度不高，对其受力情况研究的较少，所以国内没有实现对锚具的设计的突破，这种情况在工程中很可能会带来工程使用寿命短，安全性能低，造价高，成本大的弊病。用预应力高强钢丝绳加固混凝土梁，是在需要提高抗弯承载力的梁底部外侧，沿梁跨度方向布置一排或多排施加了预拉力的钢丝绳，以此来抵消部分外荷载在梁上产生的弯矩影响。而此时最重要的就是固定钢丝绳的锚具了，本课题就是研究小直径预应力锚具的设计与分析。4、研究内容预应力体系锚固方式的研究锚固效果的研究锚具的设计与制造受力分析.室内实验主主要步骤研究内容5、拟解决的关键问题123锚具的锚固效果评价指标的选择有限元模型的建立：桥博等平面干系软件无法模拟空间模型，因此锚具的受力分析需要ansys等软件建立局部的空间模型。锚具应力应变的测试：如何布置传感器，才能正确反映锚具的受力情况。6、研究方法（1）锚具的受力分析（2）锚具的室内实验研究（3）理论分析与实验数据对比通过Ansys有限元分析软件建立预应力模型，对所设计的锚具进行受力分析，对所设计的锚具的受力情况进行模拟。课题将实验分为三个步骤进行：①制作事先设计好的不同大小和结构的锚具；②试验加载，将拉伸程度相同的钢筋或钢绞线放在制作好的锚具内。③监测系统，预应力产生的弹性会对锚具产生一定的力的作用，通过对贴在锚具应变片的监测可以知道锚具上所受到的力。通过锚具的受力情况进行模拟与实验数据的对比分析，得出一套最佳的锚固体系方案。1：预应力体系锚固方式的研究：通过收集相关资料，掌握国内外预应力体系锚固方式，锚固机理等2：锚固效果的研究：通过不同锚固体系的锚固方式、锚固机理的研究，找到几项评价锚固效果的指标，通过不同指标最终评定锚具的锚固效果3：锚具的设计与制造：通过对比国内外现有的锚具装置，设计出适合于小直径预应力钢丝绳（钢绞线）的锚具，利用cad软件设计其相关的图纸，最后通过工厂加工的方式制造出设计的锚具7、技术路线技术路线4：受力分析：通过有线元软件及手算的方法，对锚具的受力情况进行分析。5：室内试验：通过在锚具上安装应力应变传感器，通过对预应力钢丝绳施加不同的张拉力，测试锚具关键位置的应变值与理论模型进行对比；通过监控不同组试验梁的预应力损失得出最佳锚具设计。单击此处添加标题对设计的锚具进行具体的实验在确定图纸设计无误后，将图纸送到附近的模具加工工厂加工自己设计的锚具。在实验室通过理论的计算与分析得到三种不同形式的锚具设计图预应力钢丝绳锚具设计实验方案1238、实验方案(1)用三种锚具安在三个完全相同的三片梁上，其中每一组锚具在梁上的距离相同。（2）把个数相同的钢丝绳控制相同的张拉应力，分别锚固在三套锚具上。（3）在每个钢丝绳上安装上三个应变片，通过应变片传出的数据来计算钢丝绳预应力的损失情况，进而来判断三种锚具的锚固效果（4）在每个锚具上贴上四个应变片，通过应变片传出的数据来数据计算锚具自身的受力情况。通过比较，在锚固效果相同的情况下，锚具自身受力均匀并且较小的才是性能最好的。对设计的锚具进行具体的实验9、具备的知识基础通过基础课高等数学，理论力学，材料力学、结构力学，结构设计原理的理论学习以及互联网及我校图书馆网上资源，广泛收集国内关于小直径预应力钢丝绳锚具理论和实验方面资料，并且深入了解国内外发展的理论及目前国内的实际状况；通过学习Ansys有限元分析软件建立预应力梁模型，对于反拱度的各种影响参数进行研究。10、本项目的创新之处本课题主要研究小直径预应力钢丝绳锚具的设计与分析，主要服务于体外预应力加固旧桥的研究上。对于体外预应力的设计与计算，目前国内外的研究比较成熟，但是对于锚具的设计比较匮乏，特别是对其受力情况研究的较少。本课题创新的提出了适用于小直径预应力钢丝绳的锚固装置的设计方案，通过有限元软件对其局部受力进行分析，通过锚固装置的试验，现场测试不同锚固装置下钢丝绳的预应力损失，对比分析最佳效果的锚固装置。2011.5月-2011.7月：收集相关资料及文献，掌握本课题在国内外研究的现状及发展趋势，对预应力钢丝绳锚具理论进行初步了解。2011.8月-2011.9月：外出调研，具体了解国内小直径预应力锚具设置实践以及理论的发展状况以及目前存在的问题。2011.10月-2011.12月：定做实验材料电阻应变片，钢丝绳，锚具等，并准备实验所需的设备，为具体的实验做准备。2011.12月-2011.1月：根据对应的试验，运用Ansys有限元分析软件建立相对应的模型，从而为后续的实验提供理论计算数据。2012.1月-2012.2月：在试验梁上布置好测试梁体内力和变形的测试仪器电阻应变片，进行试验，记录三个梁变形数据，并进行对比分析。2012.2月-2012.3月：提取有限元模型计算得到的数据与试验实测得到的数据进行对比分析，确定影响预应力钢丝绳锚具的主要因素，得出预应力锚具的内力的变化规律。2012.3月-2012.5月：整理相关研究成果，形成小直径预应力钢丝绳锚具的设计与分析研究报告，为工程实践提供参考。11、项目研究年度计划单击此处添加标题拟达到的预期目标（1）不同预应力锚具对梁产生的变形分析（3）试验实测值与理论计算值对比误差分析（2）建立小直径预应力钢丝绳锚具的设计与分析模型本项目的研究成果将是本领域内的一个综合成果，可以优化我省公路桥梁设计，加固桥梁，减少施工过程中由于对锚具的设计不合理而产生对桥梁不利影响，研究成果预期达到国内先进水平。12、项目成果