有限元分析中钢筋混凝土梁的预应力模拟

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1、2009年9月第6卷第3期粟圳土木与建筑VOL。6NO．3SEP2009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ABAQUS~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rebar施加初始应力法相当于后张法。I关键词l有限元ABAQUS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

2、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(a)整体有限元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ADAQUS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8000ram，截面高800ram，宽400mm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ABAQUS中不同预应力模拟方法之间的区别。混凝土取为C30，按规范取其弹性模(b)钢筋骨架量Ec=3．0x104N／mm；梁顶缘和底缘分别设

3、置圈1有限元模塑四根直径为20ram的二级钢筋，并在沿梁高方向左降温法其工作机理就是通过设置材料的线膨右两边各设置两根直径12mm的二级钢筋，箍筋采胀系数，并对索单元进行降温，从而达到施加预应用直径10mm的一级钢筋，取钢筋的弹性模量为力的目的，所施加的温度荷载可以通过下式求得：Ec=2．1×lOSN／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15．2ram。在一㈣梁的跨中施加1200kN的集中荷载，并对预应力钢式中：丁一施加的温度；筋施~N6OOMPa的预应力，均施加在荷载步step一1一预应力钢绞线的弹性摸量；中，

4、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C3D20R，普通钢筋一材料的线膨胀系数；一预应力钢绞线的面积；采用桁架单元T3D2；边界条件为：约束梁一端的Ⅳp一预加力的大小。平动自由度，而另一端只约束竖向自由度。(b)初始应力法3ABAQUS中常用的预应力模拟方法初始应力法与降温法相类似，只是形式上有所ABAQUS通用有限元软件中，常用的有限元模不同，其实质是一样的，初始应力法即在预应力钢拟方法有：降温法、初始应力法以及rebar施加初始筋上施加初始预应力。应力法【2】。(c)rebar施加初始应力法(a)降温法rebar施加初始

5、应力法与上述两种方法不同，钢筋不是由杆单元模拟，而是通过创建一个具有钢陈宜言，深圳市市政设计研究院有限公司，教授级高工筋屙l生的几何面，网格划分时选取几何面的单元种地址：深圳市笋岗西路3007号市政设计大厦附楼，518029类为sur~ce，然后通过关键词Initialconditions及电话：83324956222009年9月第6卷第3期粟圳土木与建筑VOL．6NO．3SEP2009prestresshold进行实现。到的预应力是600Mpa，因此这也反映出rebar施加4不同方法计算结果的比较初始应力法和初始应力法都相当于赋予预应力

6、钢图2示出了计算结束时，不施加预应力荷载及筋一种初始条件。用上述不同方法施加预应力荷载的竖向挠度云图，在外荷载的作用后，预应力钢筋的应力如图6图3为与图2对应的沿跨度方向竖向挠度曲线图。所示；比较降温法和初始应力法，从中可以看出用从图3可以看出，预应力的施加均使梁跨中的降温法和初始应力法来施加预应力所得到的预加挠度减小，降温法和初始应力法所得到的预加力效力效果是相同的，这也再次应证了图3中所得到的果相同，而用rebar施加初始应力法所得到的有效结果；而预应力钢筋的应力和初始施加的600Mpa预应力相比与降温法和初始应力法，其预加力效果相比

7、较，发生了变化，在跨中处，预应力钢筋的应要小。力增大，而在梁端处，预应力钢筋的应力减小，而图4、5分别为用上述不同方法施加预应力荷载，用rebar施加初始应力法施加预应力，即使在外荷载在计算开始和计算结束时预应力钢筋的应力云图。的作用后，预应力钢筋的预应力值维持不变，所以从图S可以看出，虽然施加的预应力都是600Mpa，前面两种方法适合用于先张法的模拟，而后面一种但在计算开始时，用降温法所得到的预应力是方法用于模拟后张法。OMpa，而初始应力法和rebar施加初始应力法所得(a)降温法(b)初始应力法(c)rebar施加初始应力法(d)不

8、旌加应力图2竖向挠度云图图3竖向挠度曲线圈239年9月第6卷第3L。6N0．3SE季_(a)降温法(a)降温法≥(b)初始应力法(b)初始应力法(c)rebarlayer法(C)rebar施加