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對這類結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行精確、有效的分析一直是結(jié)構(gòu)工程師及研究人員探討的熱點(diǎn)課題。杭州那泰有限元分析公司對13m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁進(jìn)行了極限承載力破壞性試驗(yàn)，得出了預(yù)應(yīng)力空心板梁的極限承載力、破壞形態(tài)以及應(yīng)變變化等數(shù)據(jù)。為了更加深入和全面的研究空心板梁的受力特性，往往需要更多批次的板梁試驗(yàn)，由于這類重復(fù)性試驗(yàn)復(fù)雜并且成本很高，存在很大的難度。所以采用有限元分析手段進(jìn)行建模，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行修正，然后利用有限元手段進(jìn)行后續(xù)的模擬分析一直是一種比較經(jīng)濟(jì)可行的方法和手段。
商用有限元軟件為廣大科技工作者和工程人員分析預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)提供了實(shí)用的方法，其中ANSYS和ABAQUS軟件的應(yīng)用最為廣泛。ANSYS軟件一般采用初應(yīng)變或降溫法來模擬預(yù)應(yīng)力的作用。而對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的非線性分析，功能更強(qiáng)大的是ABAQUS軟件。所以利用ABAQUS軟件建立適用于預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁非線性全過程分析的數(shù)值分析模型，可用于模擬梁從加載、開裂直到破壞的應(yīng)力、撓度變化全過程響應(yīng)。該模型分別考慮了混凝土、預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，考慮了混凝土的抗拉強(qiáng)化效應(yīng)以及非預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)，考慮了梁單元的幾何非線性效應(yīng)和軸力二次矩效應(yīng)，并與現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比兩者吻合較好，說明所建模型是合理可靠的，能為之后的空心板梁極限承載力分析提供基礎(chǔ)。
為了研究預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁的受彎性能和極限承載力，先對13m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁進(jìn)行了現(xiàn)場破壞性試驗(yàn)，觀測和分析了整個加載過程中梁的變形和裂縫開展情況。
板梁采用碎石混凝土，試驗(yàn)測得其設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C50；預(yù)應(yīng)力筋分四束均由4股鋼絞線組成，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用GB/T5224-2003標(biāo)準(zhǔn)的Φ15.2mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，公稱直徑d=15.2mm，截面面積139mm2，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1860N/mm2，張拉控制應(yīng)力為σcon=0.75fptk，錨具采用15-9型夾片錨，錨具、錨墊板、波紋管，錨下螺旋箍筋均采用其配套產(chǎn)品，采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力工藝；該梁的非預(yù)應(yīng)力筋采用HRB335和R235熱軋鋼筋，跨中截面腹板箍筋Φ8@200，端部箍筋Φ12@100均采用HRB335鋼筋。
采用兩臺50t的液壓千斤頂進(jìn)行兩點(diǎn)加載，由2根32A工字鋼焊接而成的鋼梁通過鋼柱連接地錨提供反力，加載點(diǎn)之間間距為2m；當(dāng)試件接近破壞時(shí)注意觀察試件的破壞特征并確定破壞荷載。
非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以分三段：彈性段、屈服平臺個強(qiáng)化段。彈性段是以E（鋼筋彈性模量）為斜率的直線；屈服平臺是斜率為零的水平線（也可把屈服臺階一段改為平坦的傾斜線）；強(qiáng)化段可用曲線或直線表示。實(shí)際上在鋼筋混凝土構(gòu)件形成塑性鉸以后，由于塑性區(qū)段混凝土的極限變形很少超過0.006，所以鋼筋受拉以后的變形即使越過屈服平臺進(jìn)入強(qiáng)化段，也達(dá)不到很大范圍，從而強(qiáng)化段可以簡化為直線（斜率為E’=tgα’），同級鋼筋E值也很分散的，Y.Higashibata建議取E’=0.01E。本文中預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系采用三折線曲線模型，預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
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