预应力侧向约束影响因素的有限元分析-论文.pdf

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1、李天彬等：预应力侧向约束影响因素的有限元分析预应力侧向约束影响因素的有限元分析李天彬，苑志宇。，郭玉娇(1．大庆油田房地产开发有限责任公司．黑龙江大庆163453：2．哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院。哈尔滨150001)【摘要】预应力技术广泛应用于大跨度超静定结构中，侧向约束会限制预应力的传递，存在安全隐患。本文通过SAP2000有限元软件，从梁柱线刚度比、框架结构跨数以及施加的预加力大小三个侧向影响因素进行数值模拟，得到减少侧向约束损失的方法，此结论可为实际工程提供参考。【关键词】侧向约束；梁柱线刚度；框架跨数；预加力【中图分类号】TU378．4【文献标识码】B【文章编号】

2、1001—6864(2014)07—0093—03预应力侧向约束是指在框架结构、框架一剪力墙向约束损失增大趋势就越加显著。当梁柱线刚度比结构以及框架一筒体结构等预应力混凝土结构中的为0．17时，侧向约束损失已达到5．4％，因此要限制柱、墙等竖向构件对预加力向水平构件梁、板等传递梁柱线刚度比，其比值不宜过小。的约束。侧向约束会限制水平构件产生的弯曲及轴表1不同梁柱线刚度比下侧向约束损失值向变形，从而影响预应力向水平构件的传递，与此同时竖向构件也会分担部分预应力，在其内部产生附加弯矩⋯。故对预应力超静定结构的侧向约束分析具有重要理论意义和工程应用价值。本文主要对梁柱线刚度比、跨数以

3、及预加力等影响因素进行分析。1梁柱线刚度比的影响以一单层单跨预应力混凝土框架结构为例，跨度为18000mm，层高为6000mm，预应力筋采用抛物线型(，=730mm，e=350mm)，张拉力为2000kN，混凝土强度等级为C30。梁截面尺寸b·h=500mmX1000mm，依次对柱截面尺寸为600mmx600mm、700mm×700mm、800mmx800mm、900ITllnX900mm、1000mmx1000mm、1100mmx1100mm和1200mm×1200mm的7鞲种情况进行数值模拟。SAP2000软件“建立的柱截面为600mmx600mm时模型图如图1所示。·匠犀

4、图2侧向约束损失随梁柱线刚度比的变化趋势表2不同柱截面下的框架位移值图1600ram×600ram有限元模型表1列出了不同梁柱线刚度比时框架梁的有效预加力值和侧向约束损失值，绘制成图表如图2所示。由图1、表1可知，随着梁柱线刚度比的逐渐增大，柱子分担的预加力逐渐减小，框架梁的预加力侧向约束损失也不断降低。且梁柱线刚度比值越小，侧94低温建筑技术2014年第7期(总第193期)由表2可知，随着柱截面尺寸的不断增大，柱的抗侧移刚度也不断增大，对框架梁的侧向约束越加显著，柱顶的水平侧移值在不断减小；此外节点转角值先逐渐减小，当柱截面尺寸达到900ram时转角改变方向又逐渐增大，说明柱

5、子刚度达到一定值时，梁的相图43跨框架结构变形图对刚度减小，转角变形与柱和梁的相对刚度有关。2跨数的影响为考虑跨数对预应力梁侧向约束的影响，取每榀跨度为18000mm，层高为6000mm，梁截面尺寸b·h=500mm×1000mm，柱截面尺寸为800ram×800mm，预由应力钢绞线的张拉力为2000kN，其他条件同上例，依次对跨数为2跨、3跨、4跨、5跨和6跨的5种情况进图54跨框架结构变形图行数值模拟，结果见表3、图3。表3不同跨数下框架梁侧向约束损失值％厂一厂]一厂一T]由由由出由由由图65跨框架结构变形图由道图76跨框架结构变形图表4不同跨数下水平侧移值mm量肇一I__

6、●●．由图3各框架梁侧向约束损失值分析表3和图3可知，随着框架跨数从2跨增加到6跨，柱子整体的抗侧移刚度也逐渐增大，柱子对框架梁的侧向约束也越加明显。对于边跨梁，框架柱所3预加力的影响分担的预应力从6．5％增加到11．6％，中跨梁的侧向约束损失从10．6％增加到22．5％；且随着跨数的增为分析预加力对框架梁侧向约束损失的影响，取加，中跨梁损失值呈递增趋势，从2．8％增大到7．7％。一单层单跨框架结构，基本条件同上例，依次对预加在实际工程中，框架跨数对边跨梁的影响不显著，但力为200kN到2000kN的情况进行数值模拟。表5列对于中跨梁，侧向约束损失值过大，加上内跨摩擦损出了不同

7、预加力作用下侧向约束损失值及水平侧移失的影响也较大，故可能对工程带来安全隐患，所以值，并绘制成图表如图8和图9所示。实际工程中要控制框架结构的跨数，数值不宜过多。图10和11为框架结构在预加力为1000kN作用3跨到6跨框架结构的变形图如图4至图7所示。下的轴力图和弯矩图。由表4可知，随着框架跨数的增加，边柱的柱顶水由图8可知，框架梁的侧向约束损失随预加力的平侧移显著增加，则柱顶受到的剪力也逐渐增大，即变化趋势接近直线段，说明预加力对侧向约束损失的框架梁的侧向约束损失也就越大。故从水平侧移的