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体外预应力连续梁的非线性有限元分析
来源:    发布时间: 2015-02-12 16:05   787 次浏览   大小:  16px  14px  12px
体外预应力混凝土超静定结构的受力性能与弹性分析结果有明显的不同,但相关研究并未充分开展。本文采用通用有限元软件,考虑了混凝土和钢筋的材料非线性及结构的几何非线性,建立了体外预应力两跨连续梁的有限元实体模型,并对比已有试验结果,进行了对称三分点荷载作用下的全过程分析。该方法计算结果与实验结果吻合较好。
关键词  体外预应力;连续梁;有限元;非线性

熊学玉 顾炜

同济大学预应力研究所


一、研究目的
  预应力混凝土连续梁在外荷载作用下,预压受拉区混凝土开裂后其结构受力性能不同于线弹性体系的连续梁,主要表现在当外荷载超过使用阶段(弹性阶段)荷载,某些截面的混凝土开裂后截面刚度发生了较大的变化,从而结构的弯矩分布将不同于按线弹性结构分析所求的弯矩分布,即发生了弯矩重分布。连续梁的内力重分布是截面延性的体现。随着荷载增大,某些截面达到极限受弯承载力,如果截面处具有在基本不变的抵抗弯矩下塑性转动的能力,则结构不会立即发生破坏,外荷载还可以进一步增加,直至截面塑性转动能力耗尽,或在结构内出现足够多的塑性铰,形成机构为止。

  考虑塑性内力重分布的分析方法设计超静定混凝土结构,具有充分发挥结构潜力、节约材料、简化设计和方便施工等优点。内力重分布的研究从 20 世纪 20 年代就已开始,但主要针对钢筋混凝土结构进行。随着预应力技术的广泛应用,各国对预应力混凝土连续梁也进行了大量研究,这些研究的成果在各国规范中均有体现。但是,为考察预应力混凝土结构的塑性内力重分布规律,单纯地进行大量试验研究还是不够的。在实验基础上,国内外学者曾先后提出过多种钢筋混凝土超静定结构考虑塑性内力重分布的计算方法,如极限平衡法、塑性铰法、变刚度法、强迫转动法、弯矩调幅法以及非线性全过程分析法,其中基于非线性有限元的全过程分析是公认较为准确的一种方法。
   体外预应力技术的应用时间不长,因而对体外预应力连续梁的全过程受力分析和内力重分布规律,国内外研究较少。与无粘结预应力连续梁相比,体外预应力连续梁仅在锚固点和转向块处预应力筋与混凝土梁在构件截面上的相对位置不变,在其它位置预应力筋对截面的偏心距随着构件的变形而发生变化,由此产生体外预应力的二次效应。同时,由于体外预应力筋与混凝土梁之间摩擦较小,从而导致力筋应力在力筋全长内变化不大,其应力增量的计算不能简单的套用无粘结预应力混凝土结构的相关公式。因此,如何准确描述体外预应力连续梁受力性能是一个较为复杂的问题。随着计算机技术和大型有限元软件的发展,采用恰当的单元类型和特性,建立合理的有限元模型,已完全可能进行体外预应力静定结构的全过程受力分析 [1] ,但针对体外预应力超静定结构的全过程分析鲜见报道。笔者采用 Ansys 软件对体外预应力混凝土连续梁进行了非线性有限元实体建模及全过程分析,并将结果与国外试验值进行了比较……

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