用于混凝土錨固設計的非線性彈簧模型


慧魚作為錨固行業的佼佼者，在最新發布的白皮書中提出了一種創新的設計方法：非線性彈簧模型，考慮錨板的幾何形狀和錨栓布局以及錨板和單個錨栓的現有剛度來實際計算錨栓群的實際受力。


非線性彈簧模型參照了目前基于基于混凝土能力方法(CC方法)的行業標準和指導方針，并考慮了混凝土用受拉荷載的錨栓設計方法局限性。當涉及到錨板的幾何結構時，這些概念應用的局限性尤為顯著，例如，歐洲的EN1992-4標準和與其等效的美國的ACI318標準，只涵蓋最多9顆錨栓的最大3x3配置矩形組。這些標準還要求錨板剛度足夠大。這是采用線性應變分布法確定錨栓群內力分布的前提條件，線性應變分布法還考慮了杠桿效應。然而，目前的行業標準和指導方針中并沒有判定剛性板的明確規定。


無論是橋梁建筑，大型廠房或辦公樓的結構，亦或是足球場館，混凝土用錨栓，為全球所有類型的建筑提供了安全和穩固穩定的結構支撐。這就是為什么像非線性彈簧模型這樣的實用方法來真實地驗證足夠的剛性底板是非常重要的。
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在施工中，實際要求和合適的錨固解決方案往往偏離當前指導方針所涵蓋的設計。非線性彈簧模型是一個潛在的解決方案，它可以考慮錨固件整體的非線性特性。這種新的計算方法允許考慮外力作用導致的錨板的變形和應力，并且可考慮一組各個錨栓之間的力的分配和傳遞。因此，不再需要檢查錨板是否具有足夠的剛度，因為該模型自動考慮了現有錨板和錨栓的剛度來確定錨栓的受力。



在這個例子中，錨板和連接型材的受力被轉換為限元模型，模擬緊固件的彈簧接觸，所有的結果都可以進行有限元計算。
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除了力的傳遞之外，基于性能（基于位移）的理念，計算中也考慮了錨栓在力的作用下的位移和變形。該方法的設計規則考慮了更多實際的錨栓的布置、錨板的厚度以及荷載。因此，與僅基于承載能力的計算方式相比，彈簧模型能夠更好地評估整個錨固系統。


設計的理念是基于這樣的假設：在群錨中，錨栓抵抗拉力，而壓力直接由錨板傳遞到混凝土中。為達到錨固設計目的，將彈簧模型方法與有限元方法相結合。將錨板和連接型材分為有限元單元。只用拉力彈簧可以用來模擬錨固點和底板與混凝土之間的接觸，應用有限元法進行計算，將投影面積應用于單個錨固點，同時考慮單個錨固點的阻力。



將投影面積系統應用于具有非線性彈簧模型的群錨的單個錨固點中。為了達到這個目的，一般不需要CC法的既定校正因子。



在非線性彈簧模型中，單個錨的荷載——位移曲線是理想化的。螺桿特性曲線受最大荷載和最大位移的限制。
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同時，該模型還考慮了構件轉角和相鄰緊固件的影響。采用位移控制非線性分析方法，對群錨之間力的分布與錨板位移進行精確模擬。由此得出了以荷載——位移曲線形式計算群錨受力的實際計算結果。非線性彈簧模型理論，是根據將于2021年出版的BoglárkaBokor在斯圖加特大學發表過的一篇論文中的論點進行開發和驗證的，他是慧魚高級技術和國際化標準方面的專家。



BoglárkaBokor在斯圖加特大學的論文中，通過混凝土中群錨的大量拉拔試驗驗證了非線性彈簧模型。
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圖中對偏心荷載作用下的4組錨栓進行了建模。
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根據非線性彈簧建模方法和CC方法，研究了偏心設計情況下板材厚度對特性阻力的影響。
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混凝土用錨栓現實設計的彈簧模型白皮書，為設計師和結構工程師提供了這個新的計算方法中詳細的細節參數。其中涵蓋的模型和實例，是對創新設計方法潛在應用的說明。它檢查了線性和非線性彈簧模型以及CC方法之間的差異，并考慮了混凝土用受拉荷載的錨栓設計方法的可能性和局限性。


可以從慧魚官方網站下載網址：https://www.fischer.de/de-de/service/federmodell。



慧魚在最新白皮書中提出的非線性彈簧模型提供了更高的精度、安全性、靈活性和效率，同時大大消除了目前混凝土緊固件設計標準的限制。

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