有粘结预应力砼简支梁的非线性有限元分析

摘要

预应力混凝土结构是二十世纪工程结构的重大发明之一，按预应力筋粘结状态可分为：有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。有粘结预应力具有粘结锚固可靠的优点，因此在研究和实用上都较无粘结预应力深入。 用有限元方法模拟预应力混凝土结构，是进行结构分析计算时的一种重要手段。 当前，在预应力混凝土梁的有限元分析计算时，尚存在一些难以处理的问题，如： 预应力筋的模拟、刚度矩阵、开裂以后的情况等，都只能作近似处理。 本文针对有粘结预应力混凝土简支梁，进行了非线性有限元的编程计算，用平面四边形等参单元模拟混凝土，对非预应力筋，将钢筋分布到混凝土单元中，对预应力筋，用杆状单元模拟；考虑材料的非线性，混凝土采用二轴应力状态下的Kupfer-Gerstle 破坏准则；在裂缝模式的选择上，采用弥散裂缝模式，避免在混凝土开裂后重新划分单元；对于力筋的预应力，在相应结点上施加等效预压力；运用综合的增量－迭代法，即分级加载，在每一级荷载下反复迭代；本文中采用结点位移增量作为判断收敛的标准；求得在各级荷载作用下的各结点的位移及各单元应力； 最后，针对课题组做过实验的三根有粘结预应力混凝土简支梁，运用所编程序进行分析计算，并将计算结果与试验结果进行了对比，验证所编程序的准确性并进行修正，计算表明，本文所编制的有限元分析程序在简支梁挠度、应力分析上具有相对较高的精度，为以后的深入研究打下基础。