预应力混凝土简支梁的挠度与刚度研究

摘要

随着预应力技术的发展，预应力混凝土结构在土木工程中的应用日益广泛。预应力混凝土梁与普通钢筋混凝土梁相比，由于结构采用了高强度材料，显得更加纤细，因而其挠度计算尤为重要。有关预应力混凝土梁的挠度计算，国内外学者提出了不少计算方法，但几乎都是以满足工程要求为前提的近似经验公式。因此，对预应力混凝土梁的挠度和刚度问题开展深入研究显得十分必要。 论文首先采用我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）和《美国混凝土房屋建筑规范》(ACI318-99)建议的挠度公式，对预应力混凝土梁进行了计算，并将计算结果与试验结果进行了对比。计算表明：GB50010-2002公式的计算结果在梁未开裂时与试验结果比较吻合，美国ACI318-99中的计算公式对开裂后的计算相对准确。但这两种规范对处于开裂荷载附近的计算均不是很理想，而且，对于钢筋屈服后的挠度计算，上述规范公式的计算值均不能很好地与试验结果吻合。 随后利用大型有限元程序ANSYS对梁进行了全过程非线性分析，模拟结果与试验结果吻合较好，但在梁接近破坏时也存在较大误差，主要原因是模拟约束与试验条件之间存在差异。因此，寻求合理的支座约束需要做进一步的研究。 针对规范经验公式和ANSYS分析所存在的问题，论文采用试验、数值分析和理论分析相结合的方法，考虑几何非线性和材料非线性对预应力梁挠度的影响，研究预应力混凝土梁挠度及短期刚度的计算方法，最终推导了基于有效惯性矩法的挠度计算公式。该公式能较好地模拟三折线荷载挠度曲线，但是在开裂荷载和屈服荷载附近的计算并不是很理想，而且计算公式过于复杂，需要作进一步简化。