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錨具是預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)中的一個重要組件，夾片式錨具為常見的錨具種類之一，根據(jù)錨孔多少，可以分為單孔錨具和多孔錨具群錨。在實(shí)際工作中，錨具因發(fā)生塑性變形和過載而失效的情況屢見不鮮，因此，系統(tǒng)研究夾片式錨具在工作狀態(tài)時，錨具各個組成部分對預(yù)應(yīng)力載荷的力學(xué)響應(yīng)性能具有實(shí)際意義。研究人員已對單孔錨具進(jìn)行了相關(guān)力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以下研究借助有限元分析軟件ABAQU，運(yùn)用數(shù)值分析方法對某型號的七孔錨具進(jìn)行研究，獲取錨圈發(fā)生塑性變形的臨界載荷，以及整個錨具的強(qiáng)度分析極限載荷和其力學(xué)響應(yīng)，為多孔錨具的結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化提供參考依據(jù)。
夾片式錨具主要由錨圈、夾片、鋼絞線和錨墊板組成，如圖所示。以錨具組合模型中最為復(fù)雜的錨圈為例說明模型的幾何造型，錨圈共有七個錨孔，中心一孔，周邊均布六孔。利用三維參數(shù)化造型軟件Pro/Enginee分別對錨圈、夾片、鋼絞線進(jìn)行三維造型，與夾片鋼絞線進(jìn)行裝配后將其保存為有限元軟件能夠識別的step文件格式，再將step文件導(dǎo)入到ABAQUS中，即可完成模型的幾何造型。
采用有限元模擬分析代替物理試驗(yàn)，可以大大降低產(chǎn)品的設(shè)計成本。ABAQUS軟件由SMULIA公司研發(fā)，它是一款先進(jìn)的大型通用有限元模擬軟件，以強(qiáng)大的非線性模擬仿真能力而著稱，該軟件主要由ABAQUS/stanch和ABAQUS/explici倆大模塊組成，ABAQUS/standa是一可以分析包括靜態(tài)等場合的通用分析模塊，并通過隱式方法求解方程組，ABAQUS/explici住要用于動態(tài)顯式分析計算。分析模型是一靜態(tài)分析問題，因此選用standa模塊進(jìn)行分析。錨具實(shí)際工作狀態(tài)復(fù)雜，因此有限元模型完全與真實(shí)工作現(xiàn)場環(huán)境一致非常困難，但可合理地對模型進(jìn)行簡化和假設(shè)，本模型具體簡化和假設(shè)：1)忽略夾片和鋼絞線之間的滑動，將二者看作一個整體。實(shí)際工作中，鋼絞線和夾片是通過螺紋緊緊咬合，可以忽略它們之間可能產(chǎn)生的相對滑動，通過ABAQUS中tie約束將它們綁定成一個整體。2)多股鋼絞線視作一個圓柱體。錨具鋼絞線通常是多股擰在一起穿錨孔而過，近似用一圓柱體代替多股鋼絞線。3)用固支約束代替錨墊板對錨圈的作用。ABAQUS中采用Encastre方法實(shí)現(xiàn)固支約束，即約束了錨圈下底面六個方向的自由度。4)忽略材料的真實(shí)應(yīng)變和名義應(yīng)變差別。在ABAQUS中定義材料塑性特性時，要求輸入的是材料真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變，因此，就需要通過公式將名義應(yīng)力和名義應(yīng)變進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
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