分离模型预应力混凝土梁数值模拟

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1、铁道建筑2011年第7期RailwayEngineering17文章编号：1003．1995(2011)07—0017．03分离模型预应力混凝土梁数值模拟毛伟，贾金青，余芳(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116024)摘要：运用ANSYS进行空间曲线布筋的变截面预应力混凝土梁在静力荷载作用下的有限元全过程分析，并将计算结果与试验结果相对比。结果表明，数值模拟的荷载挠度曲线与试验结果吻合较好，此外计算的混凝土梁顶应变以及中和轴位置变化也较好地符合了预应力混凝土梁静载过程q-的变化，说明该模型能较真实地反映静载下预应力混凝土梁的

2、力学性能，为模拟实际工程中的预应力混凝土梁受力变化提供了可靠有效的方法。关键词：ANSYS有限元预应力钢筋混凝土梁非线性分析中图分类号：U448．35文献标识码：A预应力混凝土梁广泛地应用于桥梁结构中，因此物线加直线形式。其承载能力和安全性能也必然受到大家的关注。目定义=e／~，Y=，当≤1时，Y=。+(3前，国内外许多研究人员对预应力混凝土结构进行了—2a。)+(。一2)，忽略混凝土的下降段，当>1大量的数值模拟，取得了很多成果，但大都没有对非预时，Y=1，式中，为单轴受压应力一应变曲线上升段应力钢筋进行建模，这样就无法得到非预应力筋在整参数

3、值，查表取得为混凝土的实测单轴抗压强度；个加载过程中的应力变化。本文利用大型通用有限元占为与相应的混凝土峰值压应变，查表取得；为计算软件ANSYS⋯建立完整的变截面空间曲线预应混凝土应变；为混凝土应力。力梁的有限元模型，模拟静载全过程的力学性能，可以Solid65单元的破坏面为改进Willam—Warnke5参得到全部钢筋的应力情况，并结合静载试验对结果进数破坏曲面；当围压较小时，失效面可以仅通过2个参行评价。数，即单轴抗拉强度和单轴抗压强度来确定，其它3个参数采用Willam—Warnke强度模型的默认1有限元模型的建立值]。本文所分析的梁为

4、受弯状态，可以通过输入1．1单元的选取和．来确定混凝土的破坏面。ANSYS中Solid65。单元是专为混凝土、岩石等混凝土开裂后，为了考虑裂缝对混凝土剪切刚度抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元，的影响，ANSYS要求输入混凝土开裂后张开裂缝的剪混凝土采用Solid65单元模拟。钢筋是一种单轴刚度力传递系数和闭合裂缝的剪力传递系数，取值范围在材料，预应力钢筋与非预应力钢筋均采用Link8单元0～1之间，0表示裂缝完全分开不传递剪力，1表示没模拟。为防止应力集中导致出现收敛困难，在支座及有剪切损失。张开裂缝的剪力传递系数p对计算结加载点处

5、添加弹性垫块，用8节点实体单元Solid45来果影响较大，一般取0．3～0．5，闭合裂缝的剪力传递模拟。系数卢。，一般取0．9～1．0。本文中，裂缝张开和闭合1．2材料的本构模型和破坏准则的剪力传递系数分别取为0．5和0．95。i．2．1混凝土本构关系1．2．2钢筋本构关系混凝土材料的非线性模型采用多线性等向强化模预应力钢筋和非预应力钢筋均采用双线性随动强型(MISO)，混凝土的本构关系采用规范推荐的抛化模型(BKIN)。非预应力钢筋采用理想弹塑性的应力一应变关系，即收稿日期：2010—11—30；修回日期：2011—04—12基金项目：科技部

6、“863”计划重大交通基础设施核心技术项目当≤时，=E(2007AA11Z133)当>8时，=作者简介：毛伟(1985一)，男，天津人，硕士研究生。式中，，or，E为非预应力钢筋的应变、应力和弹性模铁道建筑量；s，，fy为普通钢筋的应变、应力和屈服应力。如图I所示。预应力筋采用如图2所示的应力一应变关系，并假定当应力达到极限强度时，钢筋即拉断。图2中，，为预应力钢筋的极限应变和极限拉应力；为预应力钢筋的屈服应变；0．75o-为预应力钢筋的屈服应力。图4混凝土建模及划分网格1．4施加约束。加载与求解设置分别建立混凝土和钢筋单元后使用CEINTF命

7、令在单元节点之间自动生成约束方程，使混凝土和钢筋共同工作，忽略混凝土与钢筋之间的滑移。由于建立半跨模型，在跨中施加对称约束，支座处约束竖向位移和梁平面外位移，使用降温法模拟预应力效应，即给预图1普通钢筋应力图2预应力钢筋应力应力筋施加等效温度荷载△为一应变关系一应变关系At=／(E)1．3模型建立与网格划分式中，为扣除预应力损失后的钢筋应力；为钢筋的利用ANSYS进行钢筋混凝土结构的有限元分析线膨胀系数；E为预应力钢筋弹性模量。时，主要有分离式和整体式两种模型。分离式模型把根据经验，ANSYS计算混凝土结构在开裂荷载附钢筋和混凝土作为不同的单元

8、来处理，即混凝土采用近容易出现不收敛的情况，本文在开裂荷载附近加大8节点三维非线性实体单元Solid65，钢筋采用Link8荷载子步数，以使计算能够顺