预应力混凝土索梁结构体系理论与试验研究

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发布时间：2021-09-04

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预应力混凝土索梁结构体系理论与试验研究
谢新颖，尹新生
(吉林建筑工程学院土木工程学院，吉林长春130021)
摘要：主要利用有限元分析软件及模型试验方法，对预应力混凝土索梁结构体系的受力状态进行理论分析和试验研究。预
应力混凝土索梁结构体系的承载力很大，索梁比普通的钢筋混凝土梁自重轻、造价低、施工时间短，能适用更大的跨度，具有
很好的工程实用价值。
关键词：预应力索梁结构体系；有限元软件；模型试验；理论与试验研究
中图分类号：TU398 文献标识码：A 文章编号：1008—1933(2011)06—062～04
Research of theory and test on cable．beam structure systems in
prestressed concrete
XIE Xinying，YIN Xinsheng
(Institute of Civil Engineering，Jilin Architecture and Civil Engineering Iinstitute，Changchun 1 30021，China)
Abstract：The paper analyzed and researched the force statement of prestressed concrete cable—beam structure systems in use of the
software of finite element method and model test．Prestressed concrete cable—beam structure systems can bear great capability，which has
less weight，less cost，the shorter construction period and longer span than ordinary reinforced concrete．It is very suitable to practice．
Key words：prestressed cable—beam structure systems；the software of finite element method；model test；research of theo~ and test
0 引言况和板的破坏形态进行分析研究。
本文所研究的预应力混凝土索梁结构体系是
指：用预应力索代替钢筋混凝土梁，直接作用在结构
上，并在索和板之间用杆连接的结构体系。在该结
构体系中，预应力索能充分地发挥抗拉性能，竖杆能
充分地发挥抗压性能，当对索施加预应力，一部分作
用力必然通过杆传到板上，相当于作用于板上的一
系列荷载，而板是以受弯为主的构件，上侧受压、下
侧受拉，杆给板的下部以压力。因此，由于对索施加
预应力，使杆受压，杆把力传递到板上，间接提高了
板的承载力。
索结构可以通过施加预应力合理地改变其他构
件的受力分布，从而极大地提高了结构整体抵抗外
部效应作用的性能，充分地发挥材料的潜能。
1 本文的主要研究方法
文本主要利用有限单元法 J，借助有限单元程
序。进行弹塑性分析；同时采用模型试验，对预应
力混凝土索梁结构体系整体工作时各构件的受力情
收稿日期：2009—10-22
作者简介：谢新颖(1980一)，女，吉林长春人，博士，讲师，研究方向
为混凝土结构、岩土工程。
E—mail：x—original@ 163．tom
2 有限元分析
2．1 有限元弹塑性分析的理论基础
为了得出预应力混凝土索梁结构体系在荷载作
用下弹性变形、开裂、破坏的全过程，本文有限元弹
塑性分析中选用了混凝土固体单元、索单元、杆单元
和弹塑性本构关系。
2．1．1 混凝土单元基础理论
混凝土单元是专为混凝土岩石等抗压能力
远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元。它可以
模拟混凝土中的加强钢筋以及材料的拉裂和压溃现
象。它是在三维8节点等参单元的基础上增加了针
对与混凝土的性能参数和组合式钢筋模型。混凝土
单元最多可以定义3种不同的加固材料，即此单元
允许同时拥有4种不同的材料。混凝土材料具有开
裂、压碎、塑性变形和蠕变的能力；加强材料则只能
受拉压，不能承受剪切力。
图1为混凝土固体单元几何示意图。
2．1．2 索单元的选取
缆索采用双线性单元。其固有的双线性刚阵特
性使其成为一个轴向仅受拉或受压的杆单元，很适
合来模拟缆索静力分析。用这种单元分析不但能很
好地表现实际的节点索链的性质，还能表现由金属