有限元分析中钢筋混凝土梁的预应力模拟.pdf
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1、2 0 0 9年 9月 第 6卷第 3期 粟圳 土木 与建 筑 VOL 。 6 NO 3 S E P 2 0 0 9 有限元分析中钢筋混凝土梁的预应力模拟 陈宜言 林松 尧国皇 ( 深圳市市政设计研究院有限公司) I 摘要l通过A B A Q U S 件对钢筋混凝土梁的预应 力进行模拟 ,通过计算结果进行 比较分析知 :用降温度 法和初 始应 力法施 加预应 力 时,所得 到 的预 应 力 效果相 同,相 当于先 张法 , 而r e b a r 施加初 始应 力 法相 当 于后 张 法。 I 关键词l有限元 A B A Q U S预应力模拟 1引言 当梁的跨度或荷载较大时,其变形和裂缝宽度 可
2、能无法满足正常使用要求,研究和工程经验表 明, 使用预应力技术能较好地解决上述 问题 ,同时还可 增加梁 的弹性工作范 围,提高承载力,充分利用材 料性能,从而降低结构高度 、减轻 白重、减小地震 作用 ,增加强度储备,延长使用期限【 1 】 ,因此预应 力钢筋混凝土梁得到广泛应用 ,本文将采用通用有 限元软件 A D A Q U S中不 同的方法对钢筋混凝土梁的 预应力进行模拟 ,并探讨不同计算结果之间的区别。 2有限元模型 对 一跨 度 为8 0 0 0 ram ,截 面 高8 0 0 ram , 宽 4 0 0 mm的预应力钢筋混凝土简支梁进行弹性分析, 其 目的主要是探讨 A B A
3、Q U S 中不 同预应力模拟方法 之间的区别。混凝土取为 C 3 0 ,按规范取其弹性模 量E c=3 0 x 1 0 4 N mm ;梁顶缘和底缘分别设置 四根直径为2 0 ram的二级钢筋 ,并在沿梁高方 向左 右两边各设置两根直径1 2 mm的二级钢筋,箍筋采 用直径 1 0 mm的一 级钢 筋 ,取钢筋 的弹性模量 为 E c=2 1l O S N mmz ,预应力钢筋以直线 的形式 布置在梁底缘 ,共设置 4根 ,直径为1 5 2 ram。在 梁的跨 中施加 1 2 0 0 k N的集 中荷载 ,并对预应力钢 筋施 N 6 O O MP a 的预应力, 均施加在荷载步s t e p
4、一1 中,图 1 示处了简支梁的有限元模型。 对于混凝土采用实体单元 C 3 D 2 0 R,普通钢筋 采用桁架单元 T 3 D 2 ;边界条件为:约束梁一端的 平动 自由度,而另一端只约束竖向自由度 。 3 A B A Q U S中常用的预应力模拟方法 A B A Q U S 通用有限元软件中,常用 的有限元模 拟方法有:降温法 、 初始应力法 以及r e b a r 施加初始 应力法 【 2 】 。 ( a )降温法 陈宜言,深圳市市政设计研究院有限公司,教授级高工 地址: 深圳市笋岗西路 3 0 0 7号市政设计大厦附楼,5 1 8 0 2 9 电话 :8 3 3 2 4 9 5 6 2
5、 2 ( a ) 整体有 限元 ( b ) 钢筋 骨架 圈 1 有限元模塑 降温法其工作机理就是通过设置材料 的线膨 胀系数,并对索单元进行降温 ,从而达到施加预应 力的 目的,所施加的温度荷载可 以通过下式求得 : 一 式中:丁 一施加的温度 ; 一 预应力钢绞线的弹性摸量 ; 一 材料的线膨胀系数; 一 预应力钢绞线的面积; p 一预加力的大小。 ( b)初 始应 力法 初始应力法与降温法相类似,只是形式上有所 不 同,其实质是一样的,初始应力法即在预应力钢 筋上施加初始预应力 。 ( c )r e b a r 施加初始应力法 r e b a r施加初始应力法与上述两种方法不 同, 钢筋不
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