一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法技术

本发明专利技术公开了一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，包括以下步骤：S1、根据实际需求确定平行钢丝强度和钢丝直径；S2、计算锚杯的最小椎体长度得到锚杯椎体长度选择范围，初步选择锚杯椎体长度；S3、选择锚杯的后端椎体内径和锥角，计算前端椎体内径；S4、计算冷铸填料得椎体环向表面积；S5、计算冷铸填料椎体压应力；S6、判断σ

【技术实现步骤摘要】
一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法


[0001]本专利技术涉及桥梁领域，特别是涉及一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法。

技术介绍

[0002]高强冷铸锚具在拱桥吊索、斜拉桥拉索和悬索桥吊索中拥有广泛的应用，近年来适应公路、铁路等各型桥梁使用的冷铸锚具应用越来越多。冷铸锚具设计时，当所适应的钢丝的直径变化、强度提高或规格增加时，往往参照既有的设计尺寸，加以认为调整，然后通过试验测试为主、实体有限元分析为辅的方式完成设计，而对于各部位结构尺寸的变化对于锚具受力的影响方面的分析缺乏有效的方法和技术路径。
[0003]现有的技术手段中未有成系统的进行高强冷铸锚结构尺寸参数化分析的手段，导致现有的参数分析基本上为根据需求选择数值后进行演算，其随机性较大，在同时满足上述四条件方面无条理性，造成参数分析难度增大，效率低。
[0004]现需一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决现有技术中当所适应的钢丝的直径变化、强度提高或规格增加时，往往参照既有的设计尺寸，加以认为调整，然后通过试验测试为主、实体有限元分析为辅的方式完成设计，而对于各部位结构尺寸的变化对于锚具受力的影响方面的分析缺乏有效的方法和技术路径的问题，提供了一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，提供了系统化进行高强冷铸锚结构尺寸参数化分析的方法，解决了上述问题。
[0006]本专利技术提供了一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，包括以下步骤：
[0007]S1、根据实际需求确定平行钢丝强度σ
b
和钢丝直径d；
[0008]S2、计算锚杯的最小椎体长度L
1min
，得到锚杯椎体长度选择范围，在大于等于锚杯的最小椎体长度的范围内初步选择锚杯椎体长度L1；
[0009]S3、初步选择锚杯的后端椎体内径D0和锥角β，并由此计算前端椎体内径D1；
[0010]S4、计算冷铸填料得椎体环向表面积A
e
；
[0011]S5、计算冷铸填料椎体压应力σ
c
；
[0012]S6、判断σ
c
是否小于冷铸填料椎体压应力容许值[σ
c
]，是则进行步骤S7；否则将当前选择的锚杯椎体长度L1、锚杯的后端椎体内径D0或锥角β，其中任意一项从选择范围内移除，并进行步骤S2；
[0013]S7、初步选择锚杯外径D
i
，计算锚杯平均内径D
j
后，计算锚杯环向应力σ
r
；
[0014]S8、判断σ
r
是否小于锚杯环向应力容许值[σ
r
]，是则进行步骤S10；否则进行步骤S9；
[0015]S9、调整锚杯外径D
i
取值，进行步骤S7；
[0016]S10、完成高强冷铸结构尺寸分析。
[0017]本专利技术所述的一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，作为优选方式，步骤S2
计算锚杯的最小椎体长度L
1min
，的具体方式为：
[0018]计算冷铸填料对钢丝粘结应力τ
b
的具体公式如下：
[0019][0020]其中，τ
b
为钢丝与冷铸填料粘结应力计算值；[τ
b
]为钢丝与冷铸填料粘结应力容许值；d为钢丝直径；σ
b
为钢丝公称抗拉强度；K为有效锚固长度系数；L1为锚杯中椎体长度；
[0021]保证钢丝与冷铸填料粘结应力小于容许值，得到L1最小值即为最小椎体长度L
1min
。
[0022]本专利技术所述的一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，作为优选方式，步骤S3中计算前端椎体内径D1的绝体公式为：
[0023]D1＝D0‑
2β
×
L1，
[0024]其中，D0为后端椎体内径；β为锥角；L1为锚杯中椎体长度。
[0025]本专利技术所述的一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，作为优选方式，冷铸填料得椎体环向表面积A
e
的具体计算方法为：
[0026]A
e
＝0.5
×
π
×
(D0+D1)
×
L1，
[0027]其中，D0为后端椎体内径；D1为前端椎体内径；L1为锚杯中椎体长度。
[0028]本专利技术所述的一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，作为优选方式，步骤S5中冷铸填料椎体压应力σ
c
的具体计算方法为：
[0029][0030]其中，σ
c
为冷铸填料椎体压应力计算值；[σ
c
]为冷铸填料椎体压应力容许值；P
b
为拉索钢丝束公称破断荷载；A
e
为冷铸填料椎体环向表面积；θ为冷铸填料对锚杯内椎面的摩擦角；β为锚杯锥角。
[0031]本专利技术所述的一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，作为优选方式，步骤S7的锚杯平均内径D
j
，具体计算方法为：
[0032]D
j
＝(D0+D1)
÷
2，
[0033]其中，D0为后端椎体内径；D1为前端椎体内径。
[0034]本专利技术所述的一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，作为优选方式，步骤S7的锚杯环向应力σ
r
的具体计算方法为：
[0035][0036]其中，σ
r
为锚杯环向应力计算值；[σ
r
]为锚杯环向应力容许值；σ
c
为冷铸填料椎体压应力计算值；D
i
为锚杯平均外径；D
j
为锚杯平均内径。
[0037]本专利技术所述的一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，作为优选方式，步骤S1中根据实际需求可为根据桥梁拉索受力的需求或者在变参数影响研究中根据分析需要。
[0038]锚具的结构尺寸通常是由以下的几个因素确定的：锚杯内锚固长度的确定，锚杯内钢丝的锚固长度应满足冷铸锚固填料与钢丝的粘结强度的要求，应大于钢丝在冷铸填料中的拔出试验的最小握股长度；锚杯中椎体的压缩应力，需小于冷铸填料抗压强度允许值，以防止椎体破坏；锚杯内腔锥形面的母线与轴线的夹角(锚杯内腔锥度)，若角度太小，容易
造成拉索在顶压后的铸体的回缩值过大；锚杯的平均壁厚，须满足铸体引起的压力在锚杯壁上产生的环向应力。
[0039]本专利技术有益效果如下：
[0040]采用本方法，可以保障锚杯内钢丝的锚固长度满足冷铸锚固填料与钢丝的粘结强度的要求；锚杯中椎体的压缩应力小于冷铸填料抗压强度允许值；锚杯内腔锥形面的母线与轴线的夹角足够；锚杯的平均壁厚满足铸体引起的压力在锚杯壁上产生的环向应力，由此获得后端椎体内径；椎体长度；锥角；前端椎体内径；锚杯外径；锚杯平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、根据实际需求确定平行钢丝强度σ
b
和钢丝直径d；S2、计算锚杯的最小椎体长度L
1min
，得到锚杯椎体长度选择范围，在大于等于锚杯的最小椎体长度的范围内初步选择锚杯椎体长度L1；S3、初步选择锚杯的后端椎体内径D0和锥角β，并由此计算前端椎体内径D1；S4、计算冷铸填料得椎体环向表面积A
e
；S5、计算冷铸填料椎体压应力σ
c
；S6、判断σ
c
是否小于冷铸填料椎体压应力容许值[σ
c
]，是则进行步骤S7；否则将当前选择的锚杯椎体长度L1、锚杯的后端椎体内径D0或锥角β，其中任意一项从选择范围内移除，并进行步骤S2；S7、初步选择锚杯外径D
i
，计算锚杯平均内径D
j，
后，计算锚杯环向应力σ
r
；S8、判断σ
r
是否小于锚杯环向应力容许值[σ
r
]，是则进行步骤S10；否则进行步骤S9；S9、调整锚杯外径D
i
取值，进行步骤S7；S10、完成高强冷铸结构尺寸分析。2.根据权利要求1所述的一种高强冷铸锚结构尺寸参数化分析方法，其特征在于：所述步骤S2计算锚杯的最小椎体长度L
1min
，的具体方式为：计算冷铸填料对钢丝粘结应力τ
b
的具体公式如下：其中，τ
b
为钢丝与冷铸填料粘结应力计算值；[τ
b
]为钢丝与冷铸填料粘结应力容许值；d为钢丝直径；σ
b
为钢丝公称抗拉强度；K为有效锚固长度系数；L1为锚杯中椎体长度；保证钢丝与冷铸填料粘结应力小于容许值，得到L1最小值即为最小椎体长度L
1min
。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡所亭，石龙，苏永华，马林，班新林，牛斌，赵欣欣，朱颖，陈胜利，赵体波，葛凯，李清池，杨心怡，李旺旺，李克冰，孙明德，许见超，王苇，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：