分离模型预应力混凝土梁数值模拟

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发布时间：2021-09-11

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分离模型预应力混凝土梁数值模拟
毛伟，贾金青，余芳
(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116024)
摘要：运用ANSYS进行空间曲线布筋的变截面预应力混凝土梁在静力荷载作用下的有限元全过程分
析，并将计算结果与试验结果相对比。结果表明，数值模拟的荷载挠度曲线与试验结果吻合较好，此外
计算的混凝土梁顶应变以及中和轴位置变化也较好地符合了预应力混凝土梁静载过程q-的变化，说明
该模型能较真实地反映静载下预应力混凝土梁的力学性能，为模拟实际工程中的预应力混凝土梁受力
变化提供了可靠有效的方法。
关键词：ANSYS 有限元预应力钢筋混凝土梁非线性分析
中图分类号：U448．35 文献标识码：A
预应力混凝土梁广泛地应用于桥梁结构中，因此
其承载能力和安全性能也必然受到大家的关注。目
前，国内外许多研究人员对预应力混凝土结构进行了
大量的数值模拟，取得了很多成果，但大都没有对非预
应力钢筋进行建模，这样就无法得到非预应力筋在整
个加载过程中的应力变化。本文利用大型通用有限元
计算软件ANSYS⋯ 建立完整的变截面空间曲线预应
力梁的有限元模型，模拟静载全过程的力学性能，可以
得到全部钢筋的应力情况，并结合静载试验对结果进
行评价。
1 有限元模型的建立
1．1 单元的选取
ANSYS中Solid65 。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，
混凝土采用Solid65单元模拟。钢筋是一种单轴刚度
材料，预应力钢筋与非预应力钢筋均采用Link8单元
模拟。为防止应力集中导致出现收敛困难，在支座及
加载点处添加弹性垫块，用8节点实体单元Solid45来
模拟。
1．2 材料的本构模型和破坏准则
i．2．1 混凝土本构关系
混凝土材料的非线性模型采用多线性等向强化模
型(MISO)，混凝土的本构关系采用规范推荐的抛
收稿日期：2010—11—30；修回日期：2011—04—12
基金项目：科技部“863”计划重大交通基础设施核心技术项目
(2007AA11Z133)
作者简介：毛伟(1985一)，男，天津人，硕士研究生。
物线加直线形式。
定义 =e／~ ，Y= ，当 ≤1时，Y= 。 +(3
— 2a。) +( 。一2) ，忽略混凝土的下降段，当 >1
时，Y=1，式中，为单轴受压应力一应变曲线上升段
参数值，查表取得为混凝土的实测单轴抗压强度；
占为与相应的混凝土峰值压应变，查表取得；为
混凝土应变；为混凝土应力。
Solid65单元的破坏面为改进Willam—Warnke 5参
数破坏曲面；当围压较小时，失效面可以仅通过2个参
数，即单轴抗拉强度和单轴抗压强度来确定，其
它3个参数采用Willam—Warnke强度模型的默认
值 ]。本文所分析的梁为受弯状态，可以通过输入
和．来确定混凝土的破坏面。
混凝土开裂后，为了考虑裂缝对混凝土剪切刚度
的影响，ANSYS要求输入混凝土开裂后张开裂缝的剪
力传递系数和闭合裂缝的剪力传递系数，取值范围在
0～1之间，0表示裂缝完全分开不传递剪力，1表示没
有剪切损失。张开裂缝的剪力传递系数p 对计算结
果影响较大，一般取0．3～0．5，闭合裂缝的剪力传递
系数卢。，一般取0．9～1．0。本文中，裂缝张开和闭合
的剪力传递系数分别取为0．5和0．95 。
1．2．2 钢筋本构关系
预应力钢筋和非预应力钢筋均采用双线性随动强
化模型(BKIN)。
非预应力钢筋采用理想弹塑性的应力一应变关