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1、第32卷第5期中南工业大学学报Vol.32No.52001年10月J.CENT.SOUTHUNIV.TECHNOL.Oct.2001二次受力钢筋混凝土连续叠合梁的非线性分析侯小美,黄赛超(中南大学资源环境与建筑工程学院,湖南长沙410083)摘要:对钢筋混凝土连续叠合梁的截面受力性能进行非线性分析,得出叠合梁跨中截面的受力钢筋应力超前值比简支叠合梁的大,后浇混凝土受压应力滞后值比简支叠合梁的小,造成第1阶段的曲率、挠度增长过快,裂缝出现过早.利用有限元分析,发现连续叠合梁具有跨中截面弯矩超前,支座负钢筋应力滞后的特征,促使跨中和支座之间不
2、断发生塑性内力重分布,从而提高了连续叠合梁的塑性变形能力、承载力、抗裂性.关键词:二次受力;非线性;连续叠合梁;有限元中图分类号:TU375.1文献标识码:A文章编号:1005-9792(2001)05-0465-04在实际工程中,连续叠合梁比简支叠合梁应用e1混凝土的应力-应变关系曲线如图1(b)所得更加广泛,其截面受力性能与简支叠合梁的受力示,其受拉区的应力-应变关系为性能相比存在很大的差别.但以往的研究只集中于Rc=2E#fctP(E+010001)(0[E[010001),对简支叠合梁的正截面承载力、斜截面抗剪力、变形Rc=fct
3、(010001[E[010005).等截面受力性能的分析,很少提到连续叠合梁的截面受力特点.为了加快叠合结构的推广,作者对连续受压区的应力-应变关系为叠合梁的整个受力过程进行了分析.与简支叠合梁Rc=0.85fc#[(2EPE0)-(EPE0)]相比,连续叠合梁的受力过程比较复杂,但叠合结构(0[E[E0,E0=0.002),都是两阶段施工两阶段受力的构件,因此,连续叠合Rc=0.85fc#[1-100(E-E0)]梁有着叠合构件的共性:跨中截面受拉钢筋应力(E0[E[Eu,Eu=0.004).(应变)超前;后浇混凝土受压区应变滞后;截面
4、内力重分布.除了这3个共性外,连续叠合梁还具有一些特点,且与整体连续梁的受力性能完全不一样.1非线性分析1.1基本假定a1平截面假定:受荷前后截面变形保持为平面,截面应变沿截面高度呈直线分布.b1叠合面粘结完好,不考虑钢筋和混凝土之间的滑移.c1开裂后截面受拉区混凝土不再承担拉应力.d1钢筋的应力-应变关系曲线如图1(a)所示,其相应的应力-应变关系式如下:Ey=fyPEs;Rs=Es#E(0[E[Ey),(a))钢筋;(b))混凝土Rs=fy(Ey[E[Esh=0105).图1钢筋及混凝土的应力-应变关系收稿日期:2001-04-03基
5、金项目:国家自然科学基金资助项目(5860217)作者简介:侯小美(1976-),男,湖南长沙人,中南大学硕士研究生,从事混凝土理论及应用研究.466中南工业大学学报第32卷As)受力钢筋面积;b)叠合梁宽度;h1)预制层高;h2)后浇混凝土高,h=h1+h2;F)作用荷载图2两跨连续叠合梁有限单元划分(对称)表1L1,L2的截面数据截面尺寸(宽@高@长)P预制层高砼强度等级型号跨中配筋P支座配筋(mm@mm@mm)h1Pmm预制砼后浇砼L1300@150@4800180C30C253根直径为12mm的Ò级钢筋P2根直径为12mm的Ò级钢
6、筋L2300@150@48000C25C253根直径为12mm的Ò级钢筋P2根直径为12mm的Ò级钢筋1.2有限元分析要点用阶段为连续超静定结构,其弯矩图如图3所示.a1采用组合式有限元模型,其刚度矩阵为混凝土刚度矩阵和钢筋贡献矩阵之和,即[K]=[Kc]+[Ks].b1采用涂抹式裂缝,混凝土单元开裂后将释放垂直于裂缝方向的应力,并修改其刚度矩阵,调整总[4]体刚度矩阵.c1叠合梁2次受力实现方法如下:预制层承受的各级荷载作为第1阶段受力,后浇混凝土达到设(a))连续叠合梁施工阶段;(b))简支叠合梁;(c))简支整体梁;(d))连续叠合
7、梁使用阶段;(e))连续整体梁计强度后,叠合梁承受的各级荷载作为第2阶段受图3叠合梁各阶段的弯矩图力,取两阶段受力之和作为2次受力最终结果.1.3截面形状及单元划分在施工阶段,后浇层混凝土未达到设计强度,而此次电算采用了L1,L22组数据,见表1.其中,是作为荷载与叠合梁的预制层自重一起作用于不加L1为2次受力的2跨连续叠合梁,L2为连续整体支撑的简支梁上,总作用力简称为F1,计算高度为梁.L1的截面及有限单元划分如图2所示.计算时,h1,跨中弯矩为M1;使用阶段叠合梁为连续超静定考虑到结构及荷载的对称性,单元的计算仅取1跨,结构,作用的
8、荷载有面层、吊顶层、活荷载,简称荷载在支座处单元划分较密,这主要是因为考虑到该处为F2,计算高度为h,跨中弯矩为M2.从图3(a),有反弯点,内力变化较大.图2中,节点1~11之间的四边形等参
