接触单元法在无粘结预应力混凝土结构计算中应用.docVIP

接触单元法在无粘结预应力混凝土结构计算中应用 　　摘要 　　本文为探索接触单元法在实际工程设计中的应用，针对正常使用状态下的无粘结预应力结构应力计算建立了接触单元法分析模型，进行详细的数值模拟计算，结果表明，接触单元法作为一种新兴方法对实际工程中无粘结预应力混凝土结构进行模拟计算具有可行性。 　　英文摘要 　　This paper is to explore the application of contact element method in the practical engineering design, the stress calculation analysis model is established for the contact element method of unbonded prestressed structure under normal state, simulation calculation, the detailed numerical results show that, the contact element method is a new method of unbonded prestressed concrete structure has the feasibility of simulation calculation in practical engineering. 　　中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 　　关键词：预应力混凝土；无粘结；有粘结；接触分析法；有限单元法； 　　无粘结预应力技术在土木工程领域应用较为广泛，尤其在截面高度较小的构件及大跨径预应力结构中，具有普通预应力结构无法比拟的优势，然而，目前无粘结预应力混凝土结构的计算方法仍基于普通有粘结预应力结构，忽略了实际结构中无粘结筋与混凝土壁的变形不协调特点，导致计算结果精度不高，因此能够模拟实际结构中无粘结筋与混凝土侧壁的面对面接触的接触分析方法得到了一定程度的发展，本文下述内容将以实际工程为例，分析接触单元法在无粘结预应力结构数值模拟计算中应用的可行性。 　　1、原始资料 　　本文采用交通部《公路桥涵标准图》中40m预应力简支T形梁桥作为计算示例。其标准跨径为40m，主梁全长39.96m，计算跨径38.88m，桥面宽度为7.5米附两侧人行道。混凝土采用40号，本例所布置无粘结筋为直径15的75钢铰线，本文以下所进行的分析、计算、实体模拟均以此为依据。下为具体设计资料及构造布置，节选自《桥梁计算示例集》，梁体结构尺寸如图1所示： 　　 　　图1 梁体截面尺寸图 　　Fig. 1 The sectional sizes of beam 　　2、 荷载布置与模型建立 　　本文借用有限元分析软件ANSYS程序对实验梁进行建模分析，采用接触单元法建模时，混凝土采用SOLID65单元，普通钢筋与预应力筋采用LINK8单元，混凝土与无粘结预应力筋的接触模拟则采用CONTAC52单元，荷载为梁体自重、预应力加载及活载共同作用，其中活载仅考虑车辆荷载作用，对于公路—Ⅰ级车辆荷载标准如下所示，实体模型参见图2： 　　均布荷载：， 　　集中荷载：， 。 　　 　　图2有限元模型图图3 梁体钢筋布置图 　　Fig. 2 Finite element modelFig. 3 Beam’reinforcement arrangement 　　 　　3、正常使用状态梁体受力分析 　　针对上述情况，本文拟在模型中添加无粘结预应力筋，并分别按照全预应力混凝土结构和部分预应力混凝土结构A类构件设计理论进行配筋设计，即梁体在预应力筋、自重、外部活载综合作用下，梁体下缘混凝土不出现拉应力和允许出现拉应力，但拉应力大小不超过混凝土极限抗拉强度2.15，无粘结预应力筋采用集团束形式在梁体截面中线进行曲线配置，线形布设情况如图3所示。本文采用75钢铰线，其最大控制张拉应力为1200。 　　进行配筋之前，应对所加预应力筋数量进行估算，具体可将T形梁简化成矩形梁，通过计算由梁体自重与车道荷载所产生的跨中计算弯矩值和截面的几何特性，粗略估算应加预应力钢筋截面面积。估算结果为每个集团束由十根75钢铰线组成时，梁体跨中有望不出现拉应力，每个集团束由八根或九根75钢铰线组成时，梁体跨中下缘混凝土拉应力值在其抗拉设计强度2.15左右。 　　 根据预应力筋估算，本文分别就以下几种配筋情况做计算模拟分析。 　　(1) 每个集团束配8根75钢铰线，配筋率为0.703％。(2) 一个集团束配8根，另两个集团束配9根75钢铰线，配筋率为0.761％。(3) 每个集团束配9根75钢铰线，配筋率为0.791％。(4