活性粉末混凝土预应力叠合梁受弯性能非线性数值分析.pdf
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1、2 0 1 2年 第 8 期 (总 第 2 7 4 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 C0NCRETE P RODUCTS d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 8 0 3 5 活性粉末混凝土预应力叠合梁受弯性能 非线性数值分析 朱智俊 a b ,刘忠 a 一 ,杨哲光 B Ib ,朱勇杰 - 一 。谭良斌 ( 湘潭大学 a 土木工程与力学学院; b 湘潭大学 流变力学研究所 ,湖南 湘潭 4 1 1 1
2、 0 5 ) 摘要: 针对活性粉末混凝土预应力叠合梁的受弯性能, 利用有限元分析软件 A N S Y S , 建立了活性粉末混凝土预应力叠合梁的三维有 限元数值分析模型, 对试验全过程进行了仿真模拟, 并研究了主要参数( 如: 有效预应力, 后浇层混凝土强度等级, 后浇层纵向配筋率等) 对叠合梁受弯性能的影响, 为活性粉末混凝土预应力叠合梁的设计提供了参考。 关键词: 活性粉末混凝土;预应力 ;叠合梁;受弯性能;参数分析 中图分类号: T U 5 2 8 O 1 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 O ( 2 0 l 2 ) 0 8 一 O 1 1 5 - 0 4 Non
3、l i ne ar nu m e r i c al an al y s i s on t h e be ndi ng per f or man c e o f r e a c t i ve p owde r c onc r e t e pr e s t r es s ed c ompos Re bea ms Z HUZ h i -j u n a ,b L I UZ h o n g “ , Y ANGZ h e - g u a n g a b , Z HU Y o n g - fi e , T A NL i a n g - b i n _ ( a C o l l e g e o f C i v
4、i l E n g i n e e r i n g a n dMe c h a n i c s ; b I n s t i t u t e o f Rh e o l o g y , Xi a n g t a nU n i v e r s i t y , X i ang t a n4 1 1 1 0 5 , C h i n a ) Abs t r a ct:T h e t h r e e d i me s i o n a l mo d e l s o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e p r e s t r e s s e d c o mp
5、 o s i t e b e a ms we r e e s t a b l i s h e d b y t h e fin i t e e l e me n t an a l y s i s s o ft wa r e ANS YS i n o r d e r t o r e s e arc h t h e b e n d i n g pe r f o r man c e of r e a c t i v e p o wde r c o n c r e t e p re s t r e s s e d c o mp o s i t e b e am s T he t e s t p r o
6、c e s s o fr e a c t i v e po wd e r c o n c r e t e p r e s t r e s s e d c o mpo s i t e b e a ms wa s s i mu l a t e d and i t S ma i n param e t e r s t h a t a ffe c t i n g the be n d i n g pe r f o r manc e, s u c h a s the e ffe c t i v e p r e s t r e s s , t h e c o n c r e t e s t r e n g
7、 t h g r a d e o f po s t - c a s t l a y e r a n d t h e r e i n f o r c e me n t r a t i o o f p o s t - c a s t l a y e r , we r e a n a l y s e d, t he d e s i g n r e f e r e n c e s f o r r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e pr e s t r e s s e d c o mp o s i t e b e a ms c a n b e p r o
8、v i d e d b y t h e m K e y wo r d s : rea c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ; p r e s t r e s s ; c o mp o s i t e b e a ms ; b e n d i n g p e r f o rm a n c e ; a a r a me t er锄 i s 0 引言 活性粉末混凝土( r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e , 简称 R P C) 是继 无宏观缺陷水泥、 超细粒聚密水泥、 化学结合陶瓷以及高性能 混凝土之后, 水泥基
9、材料家族中的新成员, 它具有超高强度 、 高 工作度、 高体积稳定性、 高抗渗性等优良特性。 目前, 国内外对 R P C材料的物理力学性能有较深人的研究。 采用 R P C材料制 作大跨度桥梁的预制梁, 并与后浇混凝土板组成预应力叠合梁, 其受力性能可以和钢一 混凝土组合梁相媲美, 在应用上已经有了 一 些工程实践口 - 2 1 。 但是 , 目前针对这种新型结构的设计理论与 应用的研究相对较少。 为了揭示 R P C预应力叠合梁的受力机 理, 本研究利用有限元软件 A YS YS , 建立了 R P C预应力叠合 梁的三维有限元分析模型, 对破坏过程进行了非线性数值模拟, 研究了主要参数对
10、叠合梁受弯性能的影响, 为活性粉末混凝土 预应力叠合梁的设计应用提供了参考。 1 活生 粉末混凝土预应力叠合梁有限元分析模型 1 1 试 验概 述 廖莎等人13 针对活陛粉末混凝土预应力叠合梁的受力性能, 进行了试验研究。 试件为四点弯曲简支梁, 该梁下部为工字型纯 无黏结预应力 R P C梁, 上部翼缘为后浇混凝土矩形板( 后浇层) , 收稿 日期 :2 0 1 2 - - 0 2 - 0 9 整个构件为 T形截面预应力叠合梁, 截面尺寸及配筋如图 1 、 2 所示, 约束及加载情况如图 3 。 图 1 截面尺寸图( 单位: mm) 图 2 截面配筋图( 单位 : mm) 11 5 学兔兔
11、w w w .x u e t u t u .c o m P 2 P 2 图 3 试验梁的约束及加载示意图( 单位 : ram) 选择了其中的两根试件作为研究对象, 主要试验参数见表 l 。 表 1 试件主要参数 1 2 三维有限元数值分析模型 根据试验过程建立的 R P C预应力叠合梁三维有限元分析 模型如图 4 所示。 钢筋混凝土采用分离式建模 , 不考虑混凝土与 钢筋之间的滑移, 通过合并节点使钢筋和混凝土协同工作。 预应 力钢绞线采用实体力笳法模拟 , 为避免应力集中, 在梁端的钢 绞线锚 固区设置了刚性垫块。 在混凝土实体内, 耦合钢绞线和 混凝土 , Y两个方向的 自由度, 在垫块中
12、, 耦合钢绞线和垫块 x , y , 。 三个方向的自由度, 预应力通过初应变法模拟。 模拟过程中, 混凝土采用三维八节点实体单元S O L I D6 5 , 钢筋和钢绞线采用两 节点杆单元L 1 N K8 , 垫块采用三维八节点实体单元 S O L I D 4 5 。 图 4 活性粉末混凝土预应力叠合梁有 限元模型 混凝土采用多线性等向强化模型( MI S O) , 破坏准则采用 Wi l l a n Wa mk e五参数破坏准则。 活性粉末混凝土、 普通混凝土 以及高强混凝土的单向受压应力应变关系分别采用文献 4 6 提 出的表达式。 钢筋和钢绞线采用双线性等向强化模型( B K S O)
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