基于ANSYS的索-混凝土弦支梁结构体系力学性能分析.pdf

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1、第37卷第3期建筑技术开发Vo1．37，No．3BuildingTechniqueDevelopmentMar．20102010年3月、!-、＼I芎、i技术开发报道《五与；基于ANSYS的索一混凝土弦支梁结构体系力学性能分析陈继光杜宗民陈宝军王淑梅王文娟(1．山东英才学院，济南250012；2．山东省济宁市建设监理有限公司，济宁272100)【摘要]采用ANSYS方法，对一种新型的体外索混凝土组合梁与普通混凝土梁进行对比试验，研究这两种混凝土粱受力过程中的跨中位移、不同支座距离的位移影响及索初始应力条件下梁力学性能的差异。试验证实，体外索混凝土组合梁比普通混凝土梁的剐度提高44．23

2、％，由于体外索的作用，减少了混凝土梁的脆性破坏程度，提高了结构的强度与刚度。[关键词]体外索；混凝土组合梁；力学性能[中图分类号]TU312．1[文献标志码]A[文章编号]1001-523(2010)03-0001-03近年来桥梁工程中体外索钢箱一混凝土组合梁的应用表2索材力学性能发展很快，较好的发挥了组合梁的抗弯、抗扭性能好，在降低梁高、减轻结构自重、增大跨度、施工快捷不中断交通等方面具有综合的经济效益。本文结合商业和住宅建筑跨度远远小于桥梁工程要求，提出了采用预应力拉索提高钢筋混凝土A2梁的结构的强度与刚度，形成“索一混凝土弦支梁结构体系”的构思，该体系可以跨越较大跨度，满足功能

3、要求，布置灵活。无论在公共建筑、民用建筑，还是在工业建筑的加固及维修等方面都有广阔的应用前景。A3采用ANSYS方法，对此种体外索混凝土组合梁与普通正面图混凝土梁进行对比试验，研究这两种混凝土梁受力过程中的跨中位移、不同支座距离的位移影响及索初始应力条件下梁力学性能的差异。试验证实，体外索混凝土组合梁比普通混凝土梁的剐度提高44．23％。由于体外索的作用，减少了混A—．A剖面凝土粱的脆性破坏程度，提高了结构的强度与刚度。图1试验梁结构示意1试验模型1一索；2一混凝土粱；3一撑杆本文主要利用大型有限元软件ANSYS对索一混凝土组2索-混凝土梁结构体系静力学特征分析合梁结构与普通混凝土梁

4、进行对比试验的特性分析试验采2．1荷栽一位移曲线用一根体外索混凝土组合梁和一根普通混凝土梁简支粱进为显示索·混凝土梁的优越性，对同等跨度、相同截向的行对比试验，模型尺寸参照钢箱一混凝土组合桥梁实际尺混凝土粱，在相同荷载作用下，利用ANSYS进行静力分析，将寸，按比例缩小设计。混凝土和索材的材料性能试验结果见计算结果与索一混凝土粱进行对比，可以得到索-混凝土梁与表1和表2，试验梁结构示意图见图1。普通混凝土梁在不同荷载作用下的跨中位移。采用逐级施加表1混凝土力学性能荷载，测得各级荷载下试验梁的跨中位移，得到荷载．跨中位移曲线如图2所示。从图2可见，施加体外索后，混凝土组合简支梁的刚度与

5、强度都得到了很大程度的提高。普通混凝土简支梁对应于荷载20kN的位移为53．731mm，而体外索一混收稿日期：2009—12—15凝土组合简支梁对应于20kN的位移为37．254mm，施加体外作者简介：陈继光(1949-)，男，江苏溧阳人，教授，现从事土木工程数索后刚度增加了44．23％，索．混凝土组合梁的承载能力远远据处理的教学与研究工作。第3期陈继光，等：基于ANSYS的索一混凝土弦支梁结构体系力学性能分析第37卷高于同等跨度、同等截面的混凝土梁，体外索对于混凝土组合表4不同跨度荷载位移关系简支梁结构性能的提高作用非常显著。不同梁跨度(m)下相应的跨中位移／mm荷载／PaL=l5

6、L：l8L=21I一索一itl~_．i组合梁I由表4可以直观地看出：随着梁跨度的增加，索-混凝土混凝土梁I梁的承载能力急剧下降。粱的跨度以小于18In为宜。图2不同荷载．位移曲线3索-混凝土梁结构体系动力学特征分析2．2体外索初始应力的影响索一混凝土梁结构体系动力分析是为了预计结构的自振施加体外索后，混凝土梁的受力性能有较大的改善，强频率和预计结构对预期激振的响应。固有频率是系统本身度与刚度都得到很大程度的提高。如果当索采用一定的初所具有的一种振动性质，一个力学体系的固有频率由系统的始应力，索-混凝土梁会出现“反拱”现象，类似于预应力受弯质量分布、内部的弹性以及其它的力学性质决定。当

7、结构所构件，可以使索·混凝土梁的承载能力大幅度提高。在受外加的策动力的频率与系统本身的固有频率很接近或相ANSYS计算分析中，索一混凝土梁中索的初始应力是通过给同时，就会发生共振，从而形成大振幅、高动应力，最终破坏索施加初始应变得到的，根据《建筑缆索用钢丝》的规定，索结构。索一混凝土梁结构体系动力分析应寻求结构的自振频的最大伸长率在4％左右。这里以实验的索一混凝土粱为例，率，避免其在工作状态时出现共振。分别计算了索初始应变为0．0001、0．0003、0．