預(yù)應(yīng)力斜梁張拉順序?qū)︻A(yù)壓應(yīng)力和反拱值的影響

預(yù)應(yīng)力斜梁張拉順序?qū)︻A(yù)壓應(yīng)力和反拱值的影響

由于用于大范圍結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)張拉效果是影響預(yù)測(cè)組件的力學(xué)能的重要因素，因此有必要對(duì)預(yù)測(cè)張拉過(guò)程進(jìn)行模擬分析和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。李維濱等對(duì)南京奧體中心體育場(chǎng)超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力地梁的預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行了監(jiān)測(cè),采用測(cè)得的混凝土應(yīng)力和反拱值來(lái)評(píng)價(jià)張拉效果;文獻(xiàn)利用有限元軟件對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋張拉過(guò)程進(jìn)行模擬分析,用降溫法模擬預(yù)應(yīng)力張拉;晏致濤等分析了后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁的張拉,采用折減張拉控制應(yīng)力來(lái)模擬預(yù)應(yīng)力損失;王正平等對(duì)超長(zhǎng)多跨預(yù)應(yīng)力梁張拉過(guò)程進(jìn)行了實(shí)測(cè)和有限元分析,得出了規(guī)范所給后張預(yù)應(yīng)力的孔道摩擦損失系數(shù)對(duì)多跨梁偏小的結(jié)論。造成預(yù)應(yīng)力損失的原因較多,理論計(jì)算與實(shí)際存在差異,使得預(yù)應(yīng)力張拉不易達(dá)到預(yù)期效果。本文針對(duì)華中科技大學(xué)中心體育館看臺(tái)斜梁的預(yù)應(yīng)力筋張拉,利用ANSYS軟件對(duì)張拉過(guò)程進(jìn)行仿真分析,監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)張拉過(guò)程,通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果和仿真結(jié)果的對(duì)比分析,研究張拉順序?qū)炷令A(yù)壓應(yīng)力和反拱值的影響,評(píng)定張拉效果。1預(yù)應(yīng)力筋配筋工程的每根預(yù)應(yīng)力斜梁設(shè)計(jì)有兩束預(yù)應(yīng)力拉筋,在梁截面左右對(duì)稱分布,曲線配筋,采用后張法;每束預(yù)應(yīng)力筋由7根1860級(jí)直徑15.24mm的高強(qiáng)低松弛鋼鉸線組成。張拉端錨具采用優(yōu)質(zhì)群錨、單孔夾片錨具,固定端采用擠壓錨具,采用單束單端張拉方式施加預(yù)應(yīng)力(圖1)。1.1預(yù)應(yīng)力筋張拉控制選取看臺(tái)中間的兩根預(yù)應(yīng)力斜梁作為分析對(duì)象,采用實(shí)體力筋法建立分析模型(圖2),研究中間斜梁YLK預(yù)應(yīng)力筋分束張拉及其邊梁YLJ張拉對(duì)中間梁混凝土應(yīng)變和反拱變形的影響。分析模型的材料參數(shù):混凝土的彈性模量30GPa,張拉時(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,并假定張拉中混凝土處于彈性范圍內(nèi);預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量195GPa,張拉控制應(yīng)力取為0.7fyp=1302MPa;非預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量210GPa。1.2有限元模型建立采用ANSYS提供的Solid65單元模擬鋼筋混凝土,包括一種實(shí)體材料和三種加固材料,實(shí)體材料模擬混凝土,加固材料模擬普通鋼筋,分三個(gè)正交方向以實(shí)體的體積配筋率來(lái)表示配筋數(shù)量;帶筋的Solid65單元的單元應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的總剛度矩陣表達(dá)式[D]={1?∑i=1NrVri}[Dc]+∑i=1NrVri[Dr]i?[D]={1-∑i=1ΝrVir}[Dc]+∑i=1ΝrVir[Dr]i?式中,Nr為加固材料的數(shù)目;Vri為加固物的體積率,即鋼筋的配筋率;[Dc]為混凝土的剛度矩陣;[Dr]i為第i個(gè)加固物的剛度矩陣。預(yù)應(yīng)力筋采用2節(jié)點(diǎn)三維桿單元Link8,每個(gè)節(jié)點(diǎn)允許三個(gè)平動(dòng)自由度,單元材料具有非線性彈塑性性質(zhì),在桿長(zhǎng)方向可進(jìn)行單向拉、壓,并可考慮預(yù)應(yīng)力的作用,其線彈性剛度矩陣表達(dá)式[k]=AEl[1?1?11][k]=AEl[1-1-11]。為了能比較真實(shí)地模擬后張法預(yù)應(yīng)力筋的張拉過(guò)程,混凝土和預(yù)應(yīng)力筋單獨(dú)建模,兩種單元在接觸位置的節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)接觸節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系,耦合對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)預(yù)應(yīng)力筋的兩個(gè)法線自由度,允許預(yù)應(yīng)力筋切線方向自由度即混凝土和預(yù)應(yīng)力筋之間有相對(duì)滑移。1.3預(yù)應(yīng)力筋張拉和折減預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)加力通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行等效降溫的方式來(lái)施加,等效溫度的計(jì)算公式T=σcon/Eα,式中,T為降低的溫度;σcon為預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力;α為預(yù)應(yīng)力筋的線膨脹系數(shù)。按規(guī)范方法計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失,在σcon上進(jìn)行折減。根據(jù)張拉程序,ANSYS仿真分析時(shí)分為5個(gè)荷載步:重力荷載步;中間梁YLK第一束J1預(yù)應(yīng)力筋張拉荷載步;中間梁YLK第二束J2預(yù)應(yīng)力筋張拉荷載步;邊梁YLJ第一束J1預(yù)應(yīng)力筋張拉荷載步;邊梁YLJ第二束J2預(yù)應(yīng)力筋張拉荷載步。2拉伸過(guò)程監(jiān)控2.1位移監(jiān)測(cè)的重要性根據(jù)有限元分析結(jié)果,選擇斜梁4個(gè)截面進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中混凝土應(yīng)變和位移監(jiān)測(cè)。采用電阻應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)1-1截面和4-4截面斜梁的混凝土應(yīng)變,在三個(gè)控制截面的梁兩側(cè)面共布置18個(gè)應(yīng)變計(jì),每邊8個(gè)。采用機(jī)電百分表和應(yīng)變儀測(cè)量2-2截面和4-4截面的位移(反拱值)(圖3)。2.2預(yù)應(yīng)力筋張拉預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,如無(wú)設(shè)計(jì)要求時(shí),可采用分批、分階段對(duì)稱張拉或依次張拉。本工程所有斜梁的預(yù)應(yīng)力筋的張拉均采用單束依次張拉,先張拉其中的一束預(yù)應(yīng)力筋,達(dá)到張拉控制應(yīng)力錨固后再?gòu)埨硪皇A(yù)應(yīng)力筋。為了減少預(yù)應(yīng)力損失,對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行超張拉,最大張拉應(yīng)力取1.03σcon。因此,監(jiān)測(cè)時(shí)每束預(yù)應(yīng)力筋的張拉加載程序定為:0→0.2σcon→0.4σcon→0.6σcon→0.8σcon→1.0σcon→1.03σcon→σcon→錨固。3比較的結(jié)果3.1梁的反拱值分布從圖4和5可見(jiàn),中間梁YLK預(yù)應(yīng)力筋張拉使斜梁產(chǎn)生明顯的反拱,隨著預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力增加,截面2-2和截面4-4的反拱值均線性增加。邊梁YLJ的張拉使2-2截面反拱值減小約7%,使4-4截面反拱值增加約3%,這說(shuō)明對(duì)梁反拱值的影響很小,可以不考慮其影響。從圖中還可見(jiàn),中間梁YLK預(yù)應(yīng)力筋分束張拉對(duì)跨中2-2截面梁底兩測(cè)點(diǎn)之間的反拱位移差影響很小,實(shí)測(cè)結(jié)果同樣給予證明(圖6,7)。3.2ylj張拉順序從圖8和9可見(jiàn),隨著預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力增加,截面2-2和截面1-1的混凝土預(yù)應(yīng)力均線性增加,中間梁預(yù)應(yīng)力筋分束張拉對(duì)截面2-2混凝土預(yù)應(yīng)力的影響很小,而對(duì)截面1-1混凝土預(yù)應(yīng)力的影響較大,但張拉結(jié)束后基本一致。邊梁YLJ的張拉使2-2截面壓應(yīng)力值增加約1%,使1-1截面拉應(yīng)力值增加約8%,這說(shuō)明采用的張拉順序?qū)α侯A(yù)應(yīng)力的影響很小,可以不考慮其影響。從圖中還可見(jiàn),中間梁預(yù)應(yīng)力筋分束張拉對(duì)跨中2-2截面梁底兩測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力影響很小,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果同樣證明了這一點(diǎn)(圖10,11)。3.3中間斜梁應(yīng)力值關(guān)鍵點(diǎn)的有限元分析結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果如表1,有限元分析按規(guī)范計(jì)算方法考慮了預(yù)應(yīng)力損失,所得結(jié)果為折減第一批預(yù)應(yīng)力損失(第一批損失約20%)后的分析值。有限元結(jié)果表明,在預(yù)應(yīng)力筋張拉過(guò)程中,中間斜梁最大預(yù)壓應(yīng)力出現(xiàn)在跨中2-2截面的梁底部測(cè)點(diǎn)4和測(cè)點(diǎn)12,最大預(yù)壓應(yīng)力值4.04MPa,比實(shí)測(cè)值大23%;最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在梁端1-1截面的測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)10,最大拉應(yīng)力值為1.71MPa,比實(shí)測(cè)值大21%?？缰薪孛?-2的反拱值為1.86mm,比實(shí)測(cè)值大19%;懸臂端4-4截面反拱值為0.54mm,比實(shí)測(cè)值大7%。因此,按規(guī)范方法折減預(yù)應(yīng)力損失后的有限元分析,其結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相比較最