預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋有效應(yīng)力研究初探

摘要：本文利用大型有限元軟件ANSYS對(duì)后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)因結(jié)構(gòu)總層數(shù)不同而對(duì)同一位置處預(yù)應(yīng)力筋有效應(yīng)力的影響進(jìn)行了研究，得到一些重要結(jié)論，為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的張拉施工提供了重要理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力； 等值線； 軸向應(yīng)力

Abstract: this paper based on the large finite element software ANSYS post-tensioned binderless prestressed concrete structure due to structural total number of plies of the same in different position prestressed reinforcement effect of effective stress were studied, and get some important conclusions, for prestressed concrete structure drawing construction provides important theoretical basis.

Keywords: prestressed; Isoline; Axial stress

中圖分類號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

預(yù)應(yīng)力筋的張拉是預(yù)應(yīng)力施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),預(yù)應(yīng)力筋的張拉涉及到預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序、預(yù)應(yīng)力筋伸長值、預(yù)應(yīng)力的錨固損失、孔道摩擦損失、應(yīng)力松弛損失、混凝土彈性壓縮損失、混凝土收縮徐變損失以及溫度影響，是一個(gè)復(fù)雜的非線性的力的傳遞、分配過程。預(yù)應(yīng)力筋張拉力的大小，直接影響到預(yù)應(yīng)力的效果。張拉力越高，建立的預(yù)應(yīng)力值越大，構(gòu)件的抗裂性也越好，但預(yù)應(yīng)力筋在使用過程中經(jīng)常處于過高應(yīng)力狀態(tài)下，構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的荷載與破壞荷載接近，往往在破壞前無明顯警告，這是危險(xiǎn)的。另外，如果張拉力過大，造成構(gòu)件反拱過大或預(yù)拉區(qū)出現(xiàn)裂縫，也是不利的。反之，張拉階段預(yù)應(yīng)力損失越大，建立的預(yù)應(yīng)力值越低，構(gòu)件可能過早出現(xiàn)裂縫，也是不安全的。

預(yù)應(yīng)力張拉精度是決定預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)安全與正常運(yùn)營的首要條件，一旦預(yù)應(yīng)力張拉精度失控，輕則會(huì)引起結(jié)構(gòu)出現(xiàn)錨固端的縱向裂紋、反拱過大，重則會(huì)引起結(jié)構(gòu)出現(xiàn)橫向裂縫、預(yù)應(yīng)力筋拉斷等事故，因預(yù)應(yīng)力張拉精度失控而造成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)失效、破壞及生命財(cái)產(chǎn)巨大損失的事故時(shí)有發(fā)生。

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一、研究內(nèi)容及數(shù)值計(jì)算

本文以結(jié)構(gòu)總層數(shù)分別為一層、二層及三層的單跨預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為例，對(duì)一層頂梁均采用直線預(yù)應(yīng)力筋布置，并采取相同的張拉力，忽略環(huán)境溫度變化的影響，對(duì)因結(jié)構(gòu)總層數(shù)不同而對(duì)一層頂預(yù)應(yīng)力混凝土梁中預(yù)應(yīng)力筋有效應(yīng)力的影響進(jìn)行了研究。

本文預(yù)應(yīng)力砼梁橫截面尺寸均為400mm×800mm，長11.15m，預(yù)應(yīng)力筋采

用工程上常用的φ15的鋼絞線，張拉控制力為150KN，預(yù)應(yīng)力鋼絞線距預(yù)應(yīng)力砼梁底72.5mm，結(jié)構(gòu)跨度為10.32m，底層層高為4.2m，第二、三層層高均為

3.6m。

計(jì)算結(jié)果采用應(yīng)力等值線圖表示，應(yīng)力等值線圖給出了預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉錨固后的應(yīng)力沿預(yù)應(yīng)力筋縱、橫兩個(gè)方向的分布情況。

（一）結(jié)構(gòu)層數(shù)為一層，且一層頂梁采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力時(shí)的數(shù)值計(jì)算

在預(yù)應(yīng)力鋼絞線左端建立預(yù)拉單元，并在預(yù)拉單元上施加150KN的預(yù)拉力來模擬單根預(yù)應(yīng)力砼梁左端張拉并錨固的工作狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道的上下邊緣采用兩對(duì)重合的線，以模擬預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道間無粘結(jié)零距離接觸。將梁兩端預(yù)應(yīng)力筋孔道上、下邊緣的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行y方向位移耦合，此外，為模擬鋼絞線的錨固狀態(tài)，在預(yù)應(yīng)力砼梁兩端將鋼絞線的上、下邊緣與對(duì)應(yīng)孔道的上、下邊緣分別進(jìn)行x、y方向位移耦合。左柱截面為850mm×850mm，右柱截面為800mm×800mm，柱子的高度為4.2m。柱子底端邊界條件為固端。建立有限元計(jì)算模型見圖1，鋼絞線軸向應(yīng)力sx的等值線見圖2。

圖1 有限元計(jì)算模型圖2 鋼絞線應(yīng)力sx的等值線

（二）結(jié)構(gòu)層數(shù)為二層，且一層頂梁采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力時(shí)的數(shù)值計(jì)算

兩層預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力混凝土梁與柱有限元計(jì)算模型的建立方法同一層預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，不同之處是二層的柱高為3.6m。有限元計(jì)算模型見圖3，鋼絞線軸向應(yīng)力sx的等值線見圖4。

圖4 鋼絞線應(yīng)力sx的等值線圖3有限元計(jì)算模型

對(duì)比分析圖2與圖4，得：忽略環(huán)境溫度變化的影響，對(duì)結(jié)構(gòu)總層數(shù)為一層和二層的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)底層預(yù)應(yīng)力混凝土梁施加相同的張拉控制力并錨固后，結(jié)構(gòu)總層數(shù)為二層的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)底層梁鋼絞線應(yīng)力與結(jié)構(gòu)總層數(shù)為一層的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)頂層梁鋼絞線應(yīng)力相比，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)力sx的分布規(guī)律無明顯變化，但預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力sx的最大值將增大約（0.129-0.118）/0.118×100%=9.3%。

（三）結(jié)構(gòu)層數(shù)為三層，且一層頂梁采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力時(shí)的數(shù)值計(jì)算

三層預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，底層預(yù)應(yīng)力混凝土梁、柱有限元模型建立方法同二層預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，第三層柱的高度為3.6m。有限元計(jì)算模型見圖5。鋼絞線軸向應(yīng)力sx的等值線見圖6。

圖6 鋼絞線應(yīng)力sx的等值線 圖5 有限元計(jì)算模型

對(duì)比圖2與圖6，得：忽略環(huán)境溫度變化的影響時(shí)，在相同的張拉控制力下，結(jié)構(gòu)總層數(shù)為三層的預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)底層梁鋼絞線的有效預(yù)應(yīng)力與結(jié)構(gòu)總層數(shù)為一層的結(jié)構(gòu)頂層梁鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力相比，預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力sx的分布規(guī)律無明顯變化，但預(yù)應(yīng)力鋼鉸線應(yīng)力sx的最大值增大約9.3%。

對(duì)比圖4與圖6，忽略環(huán)境溫度變化的影響時(shí)，在相同的張拉控制力下，結(jié)構(gòu)總層數(shù)為三層與結(jié)構(gòu)總層數(shù)為二層的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)底層梁鋼絞線的有效預(yù)應(yīng)力sx基本相同。

二、結(jié)束語

梁、柱截面尺寸及混凝土強(qiáng)度均相同而結(jié)構(gòu)總層數(shù)不同的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，忽略環(huán)境溫度變化的影響時(shí)，對(duì)同一位置的梁采用相同的預(yù)應(yīng)力筋布置，且采用相同的張拉控制力進(jìn)行張拉錨固，因預(yù)應(yīng)力混凝土梁周邊結(jié)構(gòu)對(duì)該梁的約束程度不同，而在該預(yù)應(yīng)力混凝土梁鋼絞線中建立的有效預(yù)應(yīng)力值差別較大，甚至達(dá)9%以上。

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。