预应力混凝土梁张拉中的结构性能分析.pdf

7 2 低温建筑技术 2 0 1 0年第 7期 ( 总第 1 4 5期 ) 预 应力混凝土梁张拉 中的结构性能分析 李鹏举 ( 中铁十二局集团建筑安装工程有 限公司 ． 太原0 3 0 0 2 4) 【 摘要】 建立了预应力混凝土结构有限元模型， 用 A N S Y S 有限元软件计算分析了在不同的预应力钢筋张 拉次序下， 预应力混凝土连续梁结构的弹性节点应力和位移的变化情况以及钢筋的轴力变化、 整体变形状况， 指 出设计中应充分考虑预应力混凝土结构的施工条件， 减少结构因施工造成的损伤。 【 关键词】 预应力混凝土连续梁； 钢筋张拉过程； 结构性能； 计算分析 【 中图分类号 T U 3 7 8 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 —6 8 6 4( 2 0 1 0 ) 0 7—0 0 7 2一 O 2 1 有限元分析 1 ． 1 模 型的建立 本例 中预应力混凝 土连续梁有 两跨组成 ， 大跨为 2 9 m， 小跨为 7 m， 截面尺 寸为 1 ． 2 m x 1 ． 6 m。取 混凝土 抗压强度设计值 为 = 4 0 MP a ， 混凝 土弹性模 量为 E 。 =3 2 5 0 0 MP a ， 混凝 土抗 拉强 度为 =5 ． 9 M P a ， 钢筋 屈 服 强 度 为 =3 2 0 MP a ， 钢 筋 弹 性 模 量 为 E = 2 0 6 0 0 0 MP a ， 预应力筋的面积为 A ， = 2 1 7 6 ． 4 ra m ， 预应 力筋的弹性模量为 E ， = 1 ． 9 5 x 1 0 M P a ， 预应力筋的 张拉控 制应力 为 o r 一 =1 3 0 2 M P a ， 预应力筋的屈 服强度 为 = 1 5 9 0 MP a ， 预 应 力 筋 的 抗 拉 强 度 为 ： 1 8 6 0MP a。 用 A N S Y S 7 ． 0对部分 预应力混凝土连续梁进行 了 非线性分析 。采用 S o l i d 6 5单元 模拟混凝 土材料 ， 钢筋 混凝 土采用 整体 式模型 用 L i n k 8 单 元模 拟钢筋 。混 凝土材料 的本构关系采用多线性 等向强化模 型( 本文 没有考虑混凝土裂缝后 的情况 ) 。钢 筋材料 的本构 关 系采用双线性等向强化模 型。 1 ． 2 模型的求解 预应力荷载采用降温法逐根施加， 以此来模拟不 同的预应 力张拉次序对预应 力梁结构的影响。因此在 有限元分析中， 用荷载步来模拟加载过程， 同时考虑 自 重荷载， 共分为 5 个荷载步( 重力荷载步为“ 0 ”) 。 1 ． 3结果分析 ( 1 ) 不同张拉次序对梁 变形 的影 响。对预应力 筋采用 四种张拉顺序 ， 分别 为张 拉预应力 筋 1 2 3 4 ( 最 不利的张拉次) ； 张拉预应力筋 1 4 2 3 ； 张拉预应力筋 2 3 1 4 ( 施工张拉次序) ； 同步张拉( 分为 4个荷载步) 。 根据 A N S Y S求解数据绘制位移变化曲线。端部轴向 位移变化曲线 如图 1 所示。 鎏 一1 张拉次序 —— 一 张拉 1 2 3 4 一 _ 一 张拉 1 4 2 3 — 1 一张拉 2 3 1 4 一- 一同步张拉 图 1端部轴向位移变化 曲线 由图可知 ， 张拉过程中， 端部节点轴向位移变化较 小 ， 张拉完毕后 ， 轴 向位 移在精度 范 围内相 等 ， 图中各 5经济效益 和社会效益 采用新型暖棚法施工 ， 实现 了深冬 季节钢筋 混凝 土结构正温化施工 ， 攻克 了建筑业 在 深冬季节无 法保 证钢筋混凝土结构施工质量的难题， 对严寒地区的工 程进行冬期施工具有很大的指导意义。通过保证严寒 地区冬期施 工的工程正常施工 ， 增 加 了建设 资金 的流 动 ， 有效解决农 民工的冬期就业 问题 ， 改善施工作业环 境 ， 提高工作效率， 保证： [ 程质量。采用此技术冬期施 工钢筋混凝土结构 ， 质量可靠 、 安全 、 绿色 、 节能 、 环保 ， 得到建设单位和监理单位的高度评价 。 6结语 ’ 暖棚法施工技术 以传统 暖棚法 为雏形 ， 明显优 于 传统 暖棚法 ， 是冬期施工技 术 的一大进步 。通过在几 个工程中的成功应用 ， 2 0 0 9年我单位编制的《 严寒地 区冬期暖棚法施 工工 法》 被 评为 黑龙江 省级 工法 ， 经 过技术鉴定达到国内领先水 平 ， 实现在严寒 地 区全天 候施工， 提高工程建设速度， 增加社会工作量安排就 业 ， 是一种值得推广 的冬期施工方法。 [ 收稿 日期】 2 0 1 0一o 4—1 4 [ 作者简介] 李 tg( 1 9 7 7一) ， 女 ， 哈尔滨人 ， 工程师 ， 从 事建 筑工程专业。 李鹏举 ： 预应力混凝土梁张拉 中的结 构性能分析 7 3 曲线相交于一点。大跨跨中侧向位移变化曲线如图 2 所示 。 3 2 彗 迢0 晕 一1 张拉次序 — _一张拉 I 2 3 4 -～ _一 - 张拉 1 4 2 3 一— r 一 一张拉 2 3 l 4 一‘ ‘ 一同步张拉 图 2 跨 中 侧 向位 移 的变 化 曲线 张拉过程 中 ， 顺序 张拉即张拉预应力筋 1 2 3 4产生 的侧向位移最大 ， 同步张拉的侧 向位移几乎为零 ， 张拉 顺序为 1 4 2 3和2 3 1 4的两种情况在张拉完前两根预应 力筋后， 预应力梁处于对称受力状态， 所以侧向位移趋 于零。大跨跨 中挠度 如图 3所示。 昌 导 增 4 0 3 0 2 O 1 0 0 — 1 O -2 0 ， ‘ 。 一 ～ ． ，一～ ／ 一 ／ ／ ／ ／三 3 ． ： ／ — + _ 张拉 1 2 3 4 - - _ 张拉 1 4 2 3 一- l _一张拉 2 3 1 4 _。 *’ 一同步张拉 图 3跨中挠度变化 曲线 由图可知 ， 同步张拉在 张拉 过程 中挠度 变化 近 似 成抛物线分布， 其余三种张拉次序近似成直线分布。 以施工张 拉顺 序 为例 ( 张拉 顺 序 为 2 3 1 4) ， 由 A N S Y S 求解数据做 出第 二根 预 应 力筋 单元 沿 跨度 方 向的竖 向位移变化 曲线 ， 如图 4所示。 昌 置 、 滔 ． ／ _‘ 、＼ ／， ／一～ ＼’ ＼ ／ ／ 一 ’ 一． 二 。 -＼— — ／ 长度 ／ Ⅱ —— 张拉完第二根 ⋯一 张拉完第一根 张拉完第 三根 张拉完第 四根 图 4 跨中挠度变化 曲线 由图可知 ， 在张拉完各根预应力筋 时 ， 第 二根预应 力筋各点的挠度值 ； 张拉完毕， 大跨跨中附近的挠度达 最大， 其值与梁大跨跨中的挠度值具有一致性， 同时也 反映了梁 的挠 曲方向 。 ( 2 ) 不 同张拉 次序对梁应 力 的影 响左边 支 座处 节点应力变化 曲线 如 图 5所示 ： 同步 张拉 的应 力变 化 曲线近 似为抛 物线 ， 其余 三 种张拉顺 序 的应力 近似 呈 线性变化 。 塞 、 ／ ‘～ 、 张拉次序 ／ ‘ ^． ’ ／ 1 2 、 、 3 4 ，X - -． ～ ———一 — 张 拉 1 2 3 4 ‘ ‘ ． ． 。 ’张拉 1 4 2 3 一 十一 张拉 2 3 1 4 _- ‘ 一 同步 张拉 图 5左边支座处节点的应力变化 曲线 左端部混凝 土节点应力 变化 曲线 如 图 6所示 ： 张 拉顺 序为 2 3 1 4的前两个荷载步应 力较小 ， 第 三荷载步 应力发生突变； 其余三种张拉顺序在第一荷载步应力 突然变大 ， 后 三个荷载步应力基本无 变化 。 窒 、 收 0 — 1 0 —2 0 - 3 0 — 4 0 -5 0 —6 0 —— 一张拉 1 2 3 4 - - _ 一 张拉 1 4 2 3 一 十一张拉 2 3 1 4 一- x- 一同步张拉 图 6左端部混凝土节点 的应力变化曲线 2结语 预应力钢筋 混凝 土 梁 的设 计 参 数标 准 部分 来 自 于简支梁的实验结果 ， 对 于预应 力钢 筋混凝 土连续 梁 而言， 应用简支梁的参数标准进行设计值得商榷。同 时预应力钢筋 混凝 土梁 的标准 化 施 工受 到施 工条 件 的限制。本 文通过对 预应 力钢筋不 同张拉顺序 的数值 模拟 ， 分析了相应过程的弹性 内力 和变形 ， 指 出尽管张 拉钢筋完毕后的结果相 同 ， 但 张拉过 程 中的变形 和内 力却有很大的差异 ， 设计 时充 分考虑 到施 工条件 是十 分必要的。 参考文献 [ 1 ] 林 同炎， N E D H ．B U RN S ． [ M] ．( 第 三版) 路湛沁 ， 黄棠 。 等译 ， 北 京： 中国铁道 出版社 ， 1 9 8 3： 9 ． [ 2 ] 肖光宏， 勒丽梅． 部分预应力混凝土结构设计原理[ M] ．重 庆 ： 重庆大学 出版社 ， 1 9 9 2： 1 0 ． [ 3 ]P w A b e l e s ．预应力混凝土设计手册[ M] ． 北京： 人民交通出 版社 ， 1 9 8 3 ： 1 2 ． [ 4 ] 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 ： 3 ． [ 5 ] 李围． A N S Y S土木工程应用实例[ M ] ． 北京： 中国水利水电出 版社． 2 0 0 5 ： 1 ． [ 收稿 日期] 2 0 1 0～ O 3—1 5 [ 作者简介] 李鹏举 ( 1 9 7 1一) ， 男 ， l U 西交 口人 ， ] ： 程 师 ， 从事 建筑施工工作 。 1 5 O 5 1 5 2 5 3 n m 一 一 一 加 m 0 m ：2