浅析公路桥梁锚固体系——锚板的参数化设计

胡美(铜仁市公路勘察设计院)

浅析公路桥梁锚固体系——锚板的参数化设计

胡美
(铜仁市公路勘察设计院)

摘要:对公路桥梁锚固体系进行了概述，同时从摩擦系数、锚合角度以及接触高度方面探讨了公路桥梁锚固体系中锚板安全性能影响参数，并研究了锚固体系中锚板参数设计，从锚板外观质量控制、硬度控制以及性能控制方面提出了锚板施工中质量控制措施，以期为公路桥梁锚固体系中锚板的参数化设计提供一些参考，确保锚固体系的锚固性能，推动我国公路桥梁锚固体系的不断发展。

关键词:公路桥梁;锚固体系;锚板参数设计

中图分类号:U442

文献标识码:��: C

文章编号:��:1008－3383(2015)03－0118－02

收稿日期:2014－12－15

作者简介:胡美(1969－)，女，贵州纳雍人，研究方向:公路桥梁设计。

1　公路桥梁锚固体系概述

预应力锚固体系可以按照不同锚固预应力的需要，将锚固体系中的锚具分为钢丝类锚具、钢筋类锚具、钢绞线类锚具以及FRP材料锚具。近年来，我国公路桥梁锚固体系中的预应力锚具发展速度相对较快。然而，我国公路桥梁锚固体系中的预应力锚具在实际施工过程中仍然存在一些薄弱环节，需要对其进行不断优化和改进。其存在一些薄弱环节的主要体现在以下方面:由于我国公路桥梁锚固体系中钢绞线极限强度普遍增高，一些1860级的钢绞线实际强度可能超过2 000 MPa。而夹片式锚具在设计时，大多都是按照按钢绞线标准极限强度1 860 MPa计算的承载力来进行设计，使得公路桥梁锚固体系中的钢绞线实际使用过程中存在滑丝等现象，直接影响锚固体系的锚固性能。

2　公路桥梁锚固体系中锚板安全性能影响参数

2. 1摩擦系数

公路桥梁锚固体系中锚板安全性能会受到夹片与锚板间接触面将的摩擦系数影响。当夹片与锚板间的摩擦系数不断增大，作用在锚板上的应力会逐渐减小，工作锚板与锚垫板之间接触面的摩擦系数增大有利于锚板受力，然而不利于锚具的最终锚固性能。因此，为确保锚固性能，必须尽量降低工作锚板与锚垫板之间接触面的摩擦系数值。在进行锚具制造时，应当尽量确保夹片和锚板的锥面光滑，以提高锚固效果。同时，锚板的制造应当采用优质合金钢，并注重对其进行热处理，以提升锚板强度，确保锚板在工作过程中能够承受较大应力且不发生破坏，从而确保锚固体系性能。

2. 2锚合角度

在进行锚具设计过程中，必须对工作锚板受到夹片传递的预应力后锥孔变形带来的应力效应进行全面考虑，以便确定工作锚板锥孔的内斜角和夹片锥角相匹配措施，消除钢绞线在夹片根部被剪断的现象，确保锚固体系的锚固效率。公路桥梁锚固体系从临界锥角方面来讲，锚固体系的锥角越小，锚具自锚性能相对越好。因此，通常情况下，为了确保满足锚具自锚性能的要求，锚具的锥角应当控制在6°～7°之间能才能够确保锚固体系良好的锚固性能。

2. 3接触高度

通常情况下，夹片和工作锚板的接触高度与工作锚板的轴向变形量之间的关系呈现出反比关系，也就是说当工作锚板接触高度不断增加时，工作锚板轴向变形量呈现出变小趋势。同时，当接触高度达到一定程度后，工作锚板的轴向变形量呈现出平缓趋势，此时工作锚板的轴向变形量变化相对较小。在公路桥梁锚固体系实际施工中，可以采用增大夹片与工作锚板的接触高度的方式，实现降低工作锚板的轴向变形量。然而夹片与工作锚板的接触高度一旦过小，会导致锚圈轴向变形量过大，为了确保公路桥梁锚固体系的锚固性能，应当严格控制夹片与工作锚板的接触高度。

3　公路桥梁锚固体系中锚板参数设计

作为锚固体系重要组成部分的锚板，其主要作用是承受拉索拉力并将力通过锚垫板传递、分散到混凝土结构中，确保其锚固性能。因此，锚板参数设计直接影响着锚固体系的锚固性能。

公路桥梁锚固体系中锚板应力计算简图如图1所示。其中，α代表锚板锥孔的内锥度，β代表锚板锥孔的摩擦角，F代表拉索拉力，f代表锚板锥孔摩擦力，N代表锚板锥孔支反力，N'代表锚板锥孔对夹片作用合力。

图1　公路桥梁锚固体系中锚板应力计算简图

在公路桥梁锚固体系中，锚板内孔所承受压力通常情况下为均布的压力，即锥孔的平均应压力，锚板内孔所承受压力可用以下公式进行表示

其中，公式中F表示预应力筋张拉控制力，N'表示法向压力。同时公路桥梁锚固体系中，锚板平均环向拉应力可用以下公式表示

该公式的推导过程为

由此，可用推断出公路桥梁锚固体系中锚板平均环向拉应力

在锚孔附近，以上两应力的方向基本上就是第三、第一主应力，根据材料力学第三强度理论，锚板要满足强度要求必须满足公式:θθ－θn＜θb。利用n值的具体大小来对公路桥梁锚固体系中锚板结构强度进行判断。

4　公路桥梁锚固体系中锚板施工中质量控制措施

为了确保公路桥梁锚固体系锚固性能，应当注重锚板施工中质量控制。一方面，注重锚板外观质量控制。在进行锚板外观质量检验时，应当按照厂家提供的尺寸公差进行锚板外观尺寸检验。当检验中存在一件锚板外观尺寸超过允许偏差时，应当取此次检验中双倍数量的工作锚板进行检验。若在取双倍数量的锚板检验过程中仍然存在一件锚板超过允许偏差，应当对锚板外观尺寸进行逐件检验，当检验全部合格后，方能用于公路桥梁锚固体系中锚板施工。同时在进行锚板质量检验，若任何一件锚板存在裂纹，应当对全部锚板进行逐件检验，待全部检验合格后，锚板方能够用于公路桥梁锚固体系中锚板施工。另一方面，注重公路桥梁锚固体系中锚板硬度控制。在进行锚板硬度检测时，当锚板硬度达不到相关标准，应当取此次锚板硬度检验中双倍数量的工作锚板进行检测。若在取双倍数量的锚板硬度检验过程中仍然存在一件锚板外硬度不达标情况，应当对锚板逐件硬度检验，当锚板硬度检验全部合格后，方能用于公路桥梁锚固体系中锚板施工，以确保公路桥梁锚固体系良好的锚固性能。此外，在公路桥梁锚固体系施工过程中，应当注重公路桥梁锚固体系中性能控制。

5　结束语

在进行公路桥梁锚固体系中锚板参数设计时，摩擦系数、锚合角度以及接触高度直接影响着锚板安全性能。在进行锚板参数设计时，应当全面考虑摩擦系数、锚合角度以及接触高度等影响公路桥梁锚固体系锚固性能因素。同时在施工过程中，严格控制锚板外观质量、硬度以及锚板静载锚固能力、疲劳荷载以及周期荷载性能，确保其锚固性能，推动我国公路桥梁锚固体系的不断发展。

参考文献:

［1］魏建华，廖海亮．九江长江大桥混凝土梁段斜拉索锚固块参数设计［J］．山西建筑，2012，38(9) : 179－182．

［2］赵明华，廖彬彬，刘思思等．桩底嵌岩锚杆锚固段应力分布研究［J］．公路交通科技，2011，28(1) : 42－46．

［3］马倩，朱万旭，苏海霆等．预应力锚垫板结构优化设计［J］．四川理工学院学报(自然科学版)，2014，27(1) : 81－87．