帶彎曲裂縫預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁非線性分析

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1、帶彎曲裂縫預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁非線性分析：本文利用大型空間有限元分析程序Ansys，建立了帶彎曲裂縫預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁的實(shí)體有限元模型，將裂縫寬度、高度、數(shù)量等作為敏感參數(shù)，對(duì)帶彎曲裂縫預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁受力和破壞全過程進(jìn)行了仿真分析，初步研究了彎曲裂縫對(duì)于混凝土梁的剛度和承載力的影響，并為確定試驗(yàn)梁的最優(yōu)化參數(shù)提供參考?！　￡P(guān)鍵詞：非線性分析，預(yù)應(yīng)力，彎曲裂縫，應(yīng)力　　1試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)　　以我國(guó)公路橋梁中常用的30m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁為原型，考慮了模型設(shè)計(jì)和試驗(yàn)場(chǎng)地的要求，根據(jù)中性軸位置相對(duì)不變和截面面積相等的相似轉(zhuǎn)換原則，以1：5的縮尺比進(jìn)行模

2、型設(shè)計(jì)。混凝土采用C40，預(yù)應(yīng)力筋采用鋼絞線，縱向普通鋼筋及箍筋采用HRB335，箍筋間距為100mm。采用四分點(diǎn)加載，兩集中力間距為3000mm。模型具體尺寸及配筋見圖1-1及圖1-2。　　　　圖1-1　　　　圖1-2　　2有限元模型建立　　2.1建模策略　　混凝土采用Solid65單元，采用多線性等向強(qiáng)化（MISO）模型，破壞準(zhǔn)則采用Pa?！　〔捎梅蛛x式模型，并假設(shè)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)良好，沒有相對(duì)滑移和變形。采用通過調(diào)整X格尺寸，使預(yù)應(yīng)力筋節(jié)點(diǎn)與混凝土節(jié)點(diǎn)完全重合的方法來實(shí)現(xiàn)兩者之間的共同受力?？紤]到結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，僅建立1/4模型進(jìn)行計(jì)算分析

3、，并在對(duì)稱面上施加對(duì)稱約束?！　?.2裂縫的模擬　　采用將裂縫處混凝土單元?jiǎng)h除的方法來模擬初始裂縫，并用具有單向拉壓功能的Link10單元聯(lián)結(jié)裂縫兩側(cè)混凝土單元，來模擬裂縫受拉張開、受壓閉合的現(xiàn)象。同時(shí)應(yīng)注意預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋在裂縫處不應(yīng)設(shè)有節(jié)點(diǎn)，以避免裂縫張開時(shí)引起預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋在此處的應(yīng)力集中。裂縫局部視圖見圖2-1。　　　　圖2-1裂縫局部視圖　　2.3荷載施加　　自重荷載的施加采用定義材料密度和重力加速度的方法；預(yù)應(yīng)力荷載的施加采用降溫法模擬，預(yù)應(yīng)力損失根據(jù)規(guī)范計(jì)算并在施加預(yù)應(yīng)力荷載時(shí)扣除；集中荷載的施加采用在相應(yīng)截面上緣節(jié)點(diǎn)加集中力的

4、方法?！　?本構(gòu)關(guān)系　　3.1混凝土本構(gòu)關(guān)系　　混凝土采用拋物線加水平直線的Rusch模型，如圖3-1所示?！　　　D3-1混凝土單軸受壓應(yīng)力－應(yīng)變曲線　　3.2預(yù)應(yīng)力筋及普通鋼筋本構(gòu)關(guān)系　　預(yù)應(yīng)力筋及普通鋼筋本構(gòu)關(guān)系采用斜直線加水平直線的理想彈塑性模型，如圖3-2及圖3-3所示?！　　　D3-2預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力－應(yīng)變曲線　　　　圖3-3普通鋼筋應(yīng)力－應(yīng)變曲線　　4參數(shù)敏感性分析　　4.1不同初始裂縫寬度的影響分析　　由于實(shí)際裂縫寬度一般小于1mm，有限元模型中難以模擬，因此首先分析裂縫寬度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。以跨中為對(duì)稱面，建立2條高160mm（50％

5、梁高）、間距60mm的裂縫，寬度分別為5mm、10mm、20mm、40mm。　　計(jì)算結(jié)果表明：不同初始裂縫寬度對(duì)計(jì)算結(jié)果略有影響，計(jì)算結(jié)果的誤差隨著裂縫寬度的增大而增大，但基本上在5％以內(nèi)；當(dāng)裂縫寬度小于10mm時(shí)，裂縫寬度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響較小。下文的計(jì)算中，初始裂縫寬度均取為5mm?！　?.2不同初始裂縫高度的影響分析　　以跨中為對(duì)稱面，建立2條寬度5mm、間距60mm的裂縫，高度分別為25mm（底板一半開裂）、50mm（底板完全開裂）、100mm、160mm（腹板一半開裂）、270mm（腹板完全開裂）?！　∮?jì)算結(jié)果表明：在裂縫數(shù)量較少時(shí)，初始裂

6、縫高度的不同對(duì)于主梁撓度、跨中混凝土上緣應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力筋最大應(yīng)力的影響并不顯著，僅在荷載較大，接近破壞時(shí)影響較為明顯?！　?.3不同初始裂縫數(shù)量的影響分析　　以跨中為對(duì)稱面，在純彎段范圍內(nèi)，建立寬5mm、高160mm的裂縫，數(shù)量分別為2條（間距60mm）、4條（間距500mm）、8條（間距300mm）。　　計(jì)算結(jié)果表明：（1）裂縫的產(chǎn)生使主梁剛度下降，裂縫較多的主梁，其撓度在相同荷載下大于裂縫較少的主梁。（2）裂縫的產(chǎn)生使跨中上緣混凝土壓應(yīng)力減小，但裂縫數(shù)量對(duì)應(yīng)力影響不明顯，圖3.4.3-2中2條裂縫主梁跨中壓應(yīng)力偏大的原因?yàn)樽畲髩簯?yīng)力出現(xiàn)在裂縫處梁

7、頂，跨中截面距裂縫較近（30mm），受其影響。（3）裂縫的產(chǎn)生使預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增大，但裂縫數(shù)量對(duì)應(yīng)力影響不明顯。　　4.4裂縫發(fā)展規(guī)律　　比較分析各種工況下的裂縫發(fā)展過程，可以總結(jié)出以下規(guī)律：裂縫首先出現(xiàn)在純彎段梁底，隨著荷載增大，預(yù)設(shè)裂縫尖端出現(xiàn)了一定程度的開裂，裂縫發(fā)展速度略慢于梁底裂縫，荷載較大時(shí)，頂板下緣橫向受拉開裂，最終裂縫發(fā)展到梁頂，鋼筋屈服，混凝土被壓碎?！　?結(jié)論　?。?）計(jì)算結(jié)果的誤差隨著所選取裂縫寬度的減小而減小，當(dāng)裂縫寬度小于5mm時(shí)，其誤差基本滿足工程精度的要求，可以忽略不計(jì)?！　。?）初始裂縫高度和數(shù)量的不同對(duì)計(jì)算結(jié)果存在影

8、響但不明顯，須進(jìn)一步分析原因?！　。?）梁頂最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在預(yù)設(shè)裂縫處梁頂?！　。?）隨著荷載增加，梁底先開裂，當(dāng)裂縫高度