大吨位梁预应力筋张拉仿真分析

标准规范下载简介和部分内容预览：

对于大吨位预应力梁，某足尺试验规模 巨大，试件数量不可能多，且现场试验往往受 到场地和设备的限制，试验结果的准确程度 同试验装置、加载方案和数据处理技术等有 关，有时试验结果的离散性较大，难以反映出 一定的规律性。比较而言，以有限元软件为 基础的计算机仿真技术在结构分析中具有明 显优点，它可以利用计算机技术，模拟众多的 试验工况，解决了模型试验试件个数限制的 问题，有助于对试验参数进行大量的调整计 算，从而较完全地分析构件的受力性能，而且 计算机仿真技术立足于材料的真实本构关

系，可以模拟许多在实验室无法实现的试验 条件（如特定的约束、理想的受力状态等），因 而计算结果与实际情况符合较好。

分析模型依据某工程钢筋混凝土预应 力梁设计图建立北京某综合楼第一次工地会议和监理交底会议纪要_secret，为两跨等跨简支连续梁， 跨度25m，梁截面详见图1。 分析模型的主要参数：混凝土强度等级 C60，弹性模量Ec=3.6×104MPa;预应力 筋为高强低松弛钢铰线，抗拉强度标准值 fptk=1860MPa,弹性模量E，=1.8× 10MPa，先张预应力筋的张拉控制应力 m=1350MPa，后张预应力筋的张拉控制

Structural Engineers 2003;(2)

应力con=1300MPa；非预应力筋均为Ⅱ级 钢.弹性模量E=2.0×10MPao

混凝土：采用三维8节点等参实体单元， 每节点三个自由度(DX，DY，DZ)。单元材料 可具有非线性弹塑性性质，该单元能够模拟 混凝土的开裂(在三个正交方向）、压溃和塑 性变形。同时在实体模型内，该单元可考虑 三个方向的钢筋布置，可模拟钢筋混凝土结 构内普通钢筋的拉伸、压缩以及塑性变形。 钢绞线：采用三维2节点杆单元，每节 点三个自由度（DX，DY，DZ)。单元材料具 有非线性弹塑性性质，在杆长方向可进行单 向拉、压，并可考虑预应力的作用。 在精确建立梁几何模型的基础上，为优 化模型，对实体的单元划分采取了以下措施： （1）支座部分单元的纵向长度相对其 他部分减小一半，以便更加精确地模拟梁的 支承情况； (2）以体积配筋率来考虑实体模型中 三个正交方向的普通钢筋，并考虑到梁不同 部位及其同一截面不同标高处同向钢筋的 配筋差异； (3）对于杆单元通过初应变的设置来 施加钢绞线的预应力，对于先张筋和后张索 分别给予不同的初应变来得到不同的预应 力荷载； （4）对于荷载对称情况，考虑到结构的 几何对称性，建立了1/4模型用于相应计 算，在保证结构的分析精度不受影响的前提 下，节约计算机存储空间和机时。1/4模型 如图4所示。

用于有限元分析的混凝土材料本构关 系采用抛物线模型，钢绞线的本构关系采用 双折线模型。混凝土、钢绞线的应力、应变 关系详见图2、图3所示。

图2 混凝土本构关系

结构工程师2003：（2）

说明：按ACI计算时仅考虑混凝土收缩、徐变的差异，其余仍按桥规考虑。

StructuralEngineers 2003;(2）

4.2预应力作用下梁截面应力分布

在预应力作用下，梁截面将产生预压应 力。由于混凝土收缩、徐变的影响，其应力 值及分布随时间将有一定的变化，表2和表 3.分别给出了按铁路桥涵规范和ACI计算 的梁各截面梁顶、梁底的应力值。由表2可 见，在整个张拉和养护过程中，梁按三点简

支连续梁计算，梁全截面受压，梁顶和梁底 的应力差为1.07MPa～2.50MPa，由表3可 见，当按ACI规范计算有效预应力时，梁截 面混凝土应力分布状况和按桥规计算的应 力分布状况基本相同。梁截面内压应力分 布较为均匀，有利于减小因混凝土徐变产生 的梁竖向变形。

梁预压应力值（按桥规）

应力为正，为梁顶混凝土应力，为为梁底混凝土应力，单位！

梁预压应力值（按ACI

力值以压应力为正，为梁顶混凝土应力，为为梁底混凝土应

4.3预应力作用下梁变形

图5～图9给出了预应力作用下梁不 同阶段的竖向变形图。 图5一图9计算结果表明，在完成曲线 预应力筋张拉后，梁在自重作用下，产生的 最大反拱值为0.12mm（按桥规），曲线预应 力筋重新张拉后由于混凝土的收缩、徐变 产生向上2.23mm和最终向上2.70mm（按 桥规）的变形；按照ACI建议值，由于考虑 的混凝土后期收缩值较大，产生的曲线预应 力筋损失为7.4%，得到的曲线筋重张后产 生向上2.02mm和最终向上2.00mm的最

终变形。 由此可见，混凝土的后期收缩造成的预 应力损失（主要是曲线筋的损失）对梁的变 形有较大的影响，减小梁混凝土的后期收缩 可以有效地控制梁的长期变形。 梁的轴向变形主要是混凝土的收缩造 成的，其总变形值为9.04mm（按桥规）和 7.50mm（按ACI），在完成梁制作后，因混凝 土收缩、徐变造成的梁轴向压缩值分别为 2.58mm（按桥规）和1.75mm（按ACI)。表 4为梁跨中最大竖向位移值（以向上为正） 和梁轴向压缩值（单跨）。

结构工程师2003：（2）

结构工程师2003：（2）

说明：仅按ACI计算时考虑混凝土收缩、徐变，其余仍按桥规考度

曲线预应力筋张拉前后梁竖向变形图（按桥规

图6 梁养护期结束时竖向变形图（按桥规）

哈尔滨银行龙江支行室内装饰工程施工组织设计图7梁曲线筋重新张拉后竖向变形图（按桥规）

StructuralEngineers 2003;(2）

图8梁养护期结束时竖向变形图（ACI）

（1）混凝土的收缩、徐变对有效预应力 的建立有较大的影响，而后张预应力筋采用 重新张拉的方法可以有效地克服上述影响。 (2）按ACI规范计算有效预应力施工组织设计经典范例（二十个鲁班奖的工程），梁截 面混凝土应力分布状况和按桥规计算的应 力分布状况相同。梁截面内压应力基本均 匀分布，有利于减小因混凝土徐变产生的梁

图9梁曲线筋重新张拉后竖向变形图（ACI

竖向变形。 (3）混凝土的后期收缩造成的预应力 损失(主要是曲线筋的损失)对梁的变形有 较大的影响，减小梁混凝土的后期收缩可以 有效地控制梁的长期变形。