拉彎剪預埋件設計與分析

摘要：預埋件設計時往往采用半理論、半經驗的公式進行計算，并由一定的構造措施加以保證。從理論和數值計算對拉彎剪預埋件的應力情況進行分析，為預埋件的安全合理設計提供一定的依據。

關鍵詞： 預埋件 設計 應力分析

預埋件計算的主要內容為計算預埋件錨筋的承載力設計值，同時還需考慮基礎的受力情況。預埋件的受力性能與預埋件錨板及焊于其上的傳力件形式（如傳力鋼板、鋼牛腿等）有關。傳力件的設置，應使預埋件的應力狀態與計算假定一致。預埋件承受的外力中，含有拉力或彎矩時，其強度計算必須考慮預埋件鋼板因彎曲變形而使錨筋呈復合應力狀態的影響。如傳力件的設置能保證預埋件鋼板不產生彎曲變形，則不必考慮此影響。

二、按規范規定設計實例

三、有限元校核分析

在結構設計中，有限元方法是重要方法之一。有限元方法的基本思想就是將結構離散化，用有限個單元來表示復雜的對象，單元之間通過節點相互連接，然后根據邊界條件綜合求解。應用有限元方法進行優化設計可以通過自行編制有限元程序或采用通用的有限元分析軟件來進行。

ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體，以有限元分析為基礎的大型通用CAE軟件，已廣泛應用于機械制造、石油化工、輕工、造船、航空航天、汽車交通、電子、土木工程、水利、鐵道、日用家電等一般工業及科學研究。軟件主要包括3個部分：前處理模塊、分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析。

本實例采用8節點實體單元，按照各構件材料參數建模，鋼埋件與混凝土實體采用粘接命令，實現單元之間的協調。通過切片命令，看到內部鋼埋件與混凝土基礎內部應力分布。通過應力分布可見，在鋼埋件受壓方向，混凝土向下壓力與側向拉力，容易沿應力分布梯度線產生劈裂裂縫，應留有足夠的混凝土保護層厚度。

分析計算結果可知，基礎表面預埋件拉應力最大，基礎表面混凝土受壓應力最大，在距錨筋越遠處，壓應力越小，在基礎表面增加錨板后，基礎表面混凝土受壓更趨均勻，通過保證錨板邊緣距錨件的距離，一般不會發生混凝土的受壓破壞。混凝土受剪力很小，通過保證基礎的尺寸，基礎一般不會發生抗剪破壞。錨件應力主要分布在與基礎表面接觸處，為一般的受彎剪作用構件，混凝土內部錨件拉應力幾乎為零，選擇合理截面可以保證受力安全。

四、結論

《混凝土設計規范》中給出了預埋件受彎剪拉時截面設計的計算公式，及錨板和錨筋的構造措施。規范只是對于危險截面或危險點做出的措施。通過有限元軟件的計算，可以得到基礎與預埋件內各點的應力狀況，對于設計工作有很大的幫助。

參考文獻：

1 冶金工業廠房鋼筋混凝土結構中的預埋件設計規程（YS11-79）

2 混凝土結構設計規范（GB50010-2002）