预应力混凝土简支梁复合受力性能分析.pdf

邵长军等： 预应力混凝土简支梁复合受力性能分析 8 3 I ) O I ： 1 0 ． 1 3 9 0 5 ／ j ． c n k i ． a w j z ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 3 1 预应 力混凝 土简支 梁复合 受力性 能分 析 邵长军 ， ( 1 ．中煤科工集团南京设计研究院有限公司 。 南京 卢玉华 2 1 0 0 3 1 ； 2 ．山东科技大学 ， 济南2 5 0 0 0 0) 【 摘要】 设计了一个复合受力作用下预应力钢筋混凝土简支梁 ， 将梁侧不同位置和不同数量的普通钢筋 替换为等截面面积的预应力筋并对其适当张拉 ， 建立了四种分析方案。利用 A N S Y S 1 0 ． 0软件对四种方案的有限 元模型进行数值模拟分析， 获得混凝土梁变形图、 混凝土梁裂缝图。通过分析表明， 将预应力混凝土梁部分普通 钢筋替换为等截面面积的预应力筋并对其适当张拉的配筋形式， 与普通预应力混凝土梁相比， 提高了预应力混凝 土梁 的受 力性能 。 【 关键词】 预应力混凝土梁； 有限元法； 预应力筋 ； 非线性分析 【 中图分类号】 T U 3 7 8 ． 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 7 — 0 0 8 3 — 0 3 0前言 从 2 0世 纪 2 0年代 预应力 混凝土技术得 到实际应 用 以来 ， 随着 预 应力 混凝 土结 构 的发 展 ， 预 应力 技术 已经渗透到了土木工程的各个领域 ， 成为当今技术较 先进、 较有发展前途 、 用途广泛的一种建筑结构形式 ， 形成一种用高性能和高强材料、 现代先进施工工艺和 设计方法建立起来 的现代 预应力混凝土结构体系 。 随着预应力技术 的快 速发展 ， 目前 预应 力结构 在 很多工程结构中得到了广泛的应用， 与此同时， 人们 对预应力钢 筋混 凝 土结 构进 行 了各 方 面 的受力 性 能 研究 ， 但取得的研究成果多集中在预应力混凝土单 向 受弯剪扭作用的受力性能分析 ， 为此本文对预应力混 凝土构件双向复合受力作用下的受力性能进行分析。 1 预应力混凝土有 限元模型 1 ． 1 工程背景 本文根据某一工程实例， 根据该工程中预应力钢 筋混凝 土简支梁的实 际受力 情况 ， 设计 了一 个采 用先 张法 的预 应 力混 凝 土简 支 梁。该 简支 梁 承受 较 大 的 侧向均布荷载 和扭矩， 同时承受梁上传来 的集 中荷 载 ， 该简支梁的计算简图如图 1 所示。 l 00 图1 预应力混凝土粱受力简图 本文设计的预应力钢筋混凝土简支梁 的横截面 尺寸 为 2 0 0 m m 4 0 0 m m， 截面尺寸及配筋见 图 2所示 。 在梁 高 1 0 0 m m处设 置一 根纵 向预 应力 钢筋 其截 面 面 积 为 2 7 8 m m ， 为直线预应 力 钢筋 ， 纵 向预 应力 钢筋采 用低松弛钢绞线； 普通钢筋采用 H R B 3 0 0钢筋， 梁底钢 筋直径为 1 8 m m， 梁顶和梁侧钢筋直径均为 1 2 m m。 1 oo 梁侧钢筋 粱顶钢筋 图2 预应力混凝土梁受力简图 l 0 o 1 ． 2 有限元模型 本文采用 有 限元 软件 A N S Y S 1 0 ． 0对 设计 的预应 力钢筋混凝土简支梁进行数值模拟分析， 为了准确的 分析预应力钢筋混凝土简支梁的受力性能， 建模时采 用分离式模型， 混凝土采用 S o l i d 6 5单元模拟， 非预应 力钢筋、 预应力钢筋都采用 L i n k 8单元模拟雎 ， 对预 应力混凝土梁采用降温法施加预应力 J 。 1 ． 3 预应力梁方案分析 预应力钢筋混凝土简支梁在复合受力状态下， 将 部 分不同位置 和不 同 数量 的普 通 钢筋代 换 成等 截 面 面积预应 力钢筋 ， 为 了分 析预应力 混凝 土梁所有 钢筋 的受力性 能 ， 现利 用 A N S Y S软件对预应力混凝土简 支 梁进行建模分析， 文中采用的分析方案见表 1 。 2 预应力混凝土梁 受力性 能分析 2 ． 1 预应力混凝 土梁变形分析 对 L一1 、 L一 2 、 L一 3和 L一 4梁 有 限元模 型施 加 所有荷载进行有限元数值分析， 所施加的荷载只有预 蔡荨 ： 塔下升卧 闸安全鉴定的有限元方法 8 5 D OI ： 1 0 ． 1 3 9 0 5 ／ j ． c n k i ． d w j z ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 3 2 塔下升 卧闸安全鉴定 的有 限元 方法 蔡荨 { 水利部大坝安全管理 中心 。 南京2 1 0 0 2 9) 【 摘要】 水闸安全鉴定在国内具有完备的规范流程， 主要应用材料力学法进行安全鉴定复核 ， 使用有限元 仿真分析方式进行安全鉴定的实例不多， 但对于不规则复杂混凝土结构应力问题计算采用材料力学法相对粗糙。 此文结合义乌市塔下水轮泵站升卧闸实际工程， 建立了充分模拟上部结构与地基的整体有限元实体结构模型， 进 行应力仿真分析， 并与材料力学法复核计算结果进行 比较， 对义乌市塔下水轮泵站工程安全稳定性作出评价。 【 关键词】 水闸； 有限元 ； 安全鉴定 【 中图分类号】 T U 3 4 7 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 7 — 0 0 8 5 — 0 3 义乌市塔下水轮泵站改造 工程 于 2 0 0 0年开工 ， 主 体 工程于 2 0 0 4年完成 ， 同期 完成 蓄水安 全鉴 定 ， 具 备 《 水闸安全鉴定管理办法》 规定的安全鉴定条件， 需要 及 时进行安全鉴定 。 为全面掌握进洪 闸 的工 程安 全状 况 ， 为今 后工 程 运行管理和决策提供依据 ， 在现状调查和现场检测基 础上 ， 对水闸工程进行复核计算 ， 主要安全复核内容 包括： 水闸防洪能力 、 整体稳定性、 抗渗稳定性、 水闸 过水能力 、 消能 防冲 、 结构 安全 复核计 算 、 闸基地基 应 力、 闸门结构安全 、 船闸及液压启闭系统等。 本文 主要进 行闸室应 力与 闸室稳 定性 复核 ， 于安 全鉴定中引入有限元仿真分析方法 ， 与规范材料力学 法鉴定相对照 ， 对工程安全稳定性做出评价与建议。 1 工程概 况 义乌市城 防塔下水轮泵站改建工程位于浙江省 医务室钓鱼矶公园旁的东阳江上， 原塔下水轮泵站下 游 1 8 0 m处。该工程是以防洪为主， 结合灌溉、 发 电、 通航、 景观等综合利用的枢纽工程。坝址以上集雨面 积为 1 3 2 5 k m ， 正常蓄水位 5 8 ． 3 m， 库容为 3 3 5万 m ， 为小( 一) 型工 程。其 中升 卧 闸堰 坝 和 电站厂房 为 Ⅲ 等 4 级建筑物， 施工导流为 5级建筑物。该枢纽主要 建筑物有： 泄洪闸坝、 电站厂房、 船闸、 工作桥、 库区防 洪堤及护岸。 本枢纽工程 方 案 由发 电厂 房段 和泄 流堰 坝 段 两 部分组成， 共长 1 8 8 ． 1 m。左岸侧泄流段 ， 右岸发 电厂 房段。 升卧闸堰坝布置于河床的左侧， 共布置 1 4 孔升卧 门 ， 配置 1 4座 8 m宽 4 ． 6 m高的钢闸 门， 左岸 1 孑 L 排 污 闸 门， 闸 门 顶 高 程 5 8 ． 3 m， 闸 坝 即 闸 门 底 高 程 为 5 3 ． 7 m。闸墩宽 1 ． 2 m， 闸室长 1 1 ． 0 m。堰 、 闸墩均为钢 筋混凝土结构 。 2升卧闸结构稳定复核计算 2 ． 1 有限元仿真分析模型 根据升卧闸结构特点， 取分缝处两个闸室为验算 单元， 采用大型通用软件 A N S Y S建模， 建立水闸静力 计算整体有限元模型。对闸墩 、 地基均按实体单元处 预应力混凝土梁复合受力状态下， 将受扭的部分普通 钢筋替换成 预应 力 筋并 对 其施 加 一定 的 张拉 力可 以 适当降低混凝土构件的挠度变形值； 根据预应力混凝 土梁开裂荷载及裂缝图可知， 配有预应力受扭钢筋的 混凝土梁的抗裂能力 比配有普通受扭钢筋的混凝土 梁 的抗裂 能力要 高 ， 这是 由于 预应 力 钢筋张 拉后对 混 凝土产生预压应力 ， 使混凝土梁开裂前不仅要克服混 凝土有效预压应力， 还要克服混凝 土 自身 的抗拉强 度 。这可为科研及设计人员 提供一定参考 。 参考文献 [ 1 ] 薛伟辰． 现代预应力结构设计[ M] ． 北京： 中国建筑工业出版 社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 王新敏 ． A NS YS工程结构数值分 析[ M] ． 北京 ： 人 民交通 出版 社 ． 2 0 0 7 ． [ 3 ] 赵曼， 王新敏， 高静． 预应力混凝土结构有限元数值分析[ J ] ． 石家庄铁道学院学报 ， 2 0 0 4， 1 7( 1 ) ： 8 4—8 8 ． [ 4 ] 黄道风 ， 李建 中． 预应力混凝土箱梁在弯剪扭作用下破 坏模式 的判别及强度计算[ J ] ． 石 家庄铁道学 院学报 ， 1 9 9 4， 7( 3 ) ： 3 l 一 3 7． [ 5 ] 张耀庭 ， 邱继生 ． A N S Y S在预应 力钢筋 混凝 土结构 非线性 分 析中的应用[ J ] ． 华 中科技 大学学报 ( 城市 科学版 ) ， 2 0 0 3 ， 1 2 ， 2 0 ( 4 ： 2 0— 2 3 ． [ 6 ] GB 5 0 0 1 0—2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范 [ S ] ． [ 收稿 E t 期 ] 2 0 1 5— 0 3— 2 0 [ 作者简介】 邵 长军 ( 1 9 8 4一) ， 男 ， 黑龙 江省 齐齐 哈尔人 ， 硕 士， 助理工程师， 研究方向： 钢筋混凝土结构、 钢 结构 。