預應力混凝土結構
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-27
預應力混凝土結構的視頻教程
ABAQUS論文復現——體內無粘結預應力混凝土抗剪性能
無粘結預應力結構能夠有效延緩構件開裂，提高構件的抗剪性能。其典型的受力行為是預應力筋的應力延長度方向均勻一致，而有粘結的鋼筋應力則延長度變化。為提高預應力混凝土結構的使用效率，往往將預應力筋布置為曲線或折線形式，這將明顯增大有限元模擬的試驗復現或論文復現難度。
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鄰近點匹配算法快速實現無粘結曲線預應力混凝土or考慮粘結滑移的曲線預應力混凝土
對于布置曲線預應力筋的混凝土結構，由于曲線筋與混凝土的結點難以一一對應，采用連接器單元或彈簧單元建模極其繁瑣，且曲線上各點的滑移方向不同，實現無粘結預應力筋或考慮粘結滑移的預應力筋仍然是ABAQUS的建模難點。目前已有的建模策略為在模型中建立虛假預應力筋并與預應力筋建立彈簧，同時操作inp文件實現配對，這種方法操作以下問題： 1. 虛假預應力鋼筋在實際中不存在，難以反應模型的客觀性； 2.
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公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范解決方案
公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范解決方案 適用人群：橋梁設計、施工行業相關技術人員及領導 直播內容： WISEPLUS慧加結構分析與設計軟件V4.2新版發布 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG3362-2018)解決方案介紹 1、慧加V4.2新版內容介紹 2、新規范設計內容解析 3、慧加新規范解決方案及智能化模塊介紹
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預應力混凝土結構的實例教程
1 引言
全預應力混凝土(full Prestressed Concrete)結構指構件在作用(或荷載)頻遇組合下控制截面的受拉邊緣不出現拉應力的預應力混凝土結構，其預應力度λ ≥1。部分預應力混凝土(Partially Prestressed Concrete)構件是指其預應力度(λ)介于以全預應力混凝土構件和鋼筋混凝土構件為兩個界限的中間域內的預應力混凝土構件()。通過預應力鋼筋和非預應力鋼筋聯合使用，從而具有預應力和普通鋼筋混凝土的優點. 部分預應力混凝土構件(1＞λ＞0)在作用(荷載)短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣出現拉應力或出現不超過規定寬度的裂縫; 在全部荷載最不利組合作用下，構件正截面上混凝土允許出現裂縫，但裂縫寬度不超過規定容許值, 參看<預應力混凝土結構的概念(Prestressed Concrete)>和<預應力混凝土受彎構件設計計算方法>.
《公路橋規》又將在作用(荷載)短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣允許出現拉應力的部分預應力混凝土構件分為A類構件和B類構件. 當對構件控制截面受拉邊緣的拉應力加以限制時，為A類預應力混凝土構件；當構件控制截面受拉邊緣拉應力超過限值，直到出現不超過限值寬度的裂縫時，為B類預應力混凝土構件。對全預應力混凝土和部分預應力混凝土A類構件，要進行構件正截面和斜截面的抗裂性驗算; 對部分預應力混凝土B類構件，要進行構件混凝土最大彎曲裂縫寬度的驗算。
這個筆記follow著課程進度[5/10/2021至5/16/2021 Week 10], 簡要描述部分預應力混凝土結構的受力特性, 內容僅為教學使用.
2 部分預應力混凝土受彎構件的彎矩-撓度曲線
部分預應力混凝土受彎構件的彎矩-撓度關系曲線如下圖所示.
展開 Mccormac et al. (2016) Design of Reinforced Concrete (10th Edition) 671p.
4 配筋混凝土結構的分類
國內通常把全預應力混凝土、部分預應力混凝土和鋼筋混凝土結構總稱為配筋混凝土結構系列。
4.1 國外配筋混凝土結構的分類
I級：全預應力—在全部荷載最不利組合作用下，正截面上混凝土不出現拉應力；
II級：有限預應力—在全部荷載最不利組合作用下，正截面上混凝土允許出現拉應力，但不超過其抗拉強度（即不出現裂縫）；在長期持續荷載作用下，混凝土不出現拉應力；
III級：部分預應力—在全部荷載最不利組合作用下，構件正截面上混凝土允許出現裂縫，但裂縫寬度不超過規定容許值；
IV級：鋼筋混凝土結構。
4.2 國內配筋混凝土結構的分類
根據國內工程習慣，我國對以鋼材為配筋的配筋混凝土結構系列，采用按其預應力度分成全預應力混凝土、部分預應力混凝土和鋼筋混凝土等三種結構的分類方法。
(1) 預應力度的定義
《公路橋規》將受彎構件的預應力度(λ)定義為由預加應力大小確定的消壓彎矩M0與外荷載產生的彎矩Ms的比值，即
(2) 配筋混凝土構件的分類
全預應力混凝土構件——在作用（荷載）短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣不允許出現拉應力(不得消壓)，即λ≥1；
部分預應力混凝土構件——在作用（荷載）短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣出現拉應力或出現不超過規定寬度的裂縫，即1＞ λ ＞0；
鋼筋混凝土構件——不預加應力的混凝土構件，λ =0。
(3) 部分預應力混凝土構件的分類
部分預應力混凝土構件就是指其預應力度介于以全預應力混凝土構件和鋼筋混凝土構件為兩個界限的中間廣闊領域內的預應力混凝土構件。
展開 1 引言
在先前的文章中, 討論了預應力混凝土的一些基本概念, 如下面的鏈接所示. 這個筆記follow著課程進度[5/3/2021至5/9/2021 Week 9], 簡要描述了預應力混凝土受彎構件設計計算方法, 內容僅為教學使用.
預應力混凝土結構的概念(Prestressed Concrete)
預加應力的方法與設備(Prestressed Concrete)
持久狀況計算
橋梁預應力混凝土結構設計計算采用近似概率極限狀態設計法。具體設計計算應滿足《公路橋規》規定的承載能力極限狀態和正常使用極限狀態設計計算的各項要求。預應力混凝土受彎構件設計計算需要特別考慮的問題之一是構件在受力全過程中經歷不同的受力階段，根據預應力混凝土結構或構件采用的施工方法以及預應力鋼筋布置，確定設計狀況及相應的極限狀態后進行設計計算，以反映結構或構件的實際受力階段和受力狀況，這是至關重要的。
2 持久狀況計算回顧
持久狀況是指在結構使用過程中一定出現且持續期很長的設計狀況，其持續期一般與設計使用年限為同一數量級。對公路橋涵而言，是對應于橋涵使用過程正常情況下的設計狀況。這個階段持續的時間很長，要對橋涵結構所有預定功能進行設計，必須進行結構承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的設計計算。按持久狀況設計預應力混凝土受彎構件，應計算其使用階段的應力，并不應超過限值。詳見<持久狀況計算>. 此外, 拉壓桿模型是一種混凝土構件D區承載力計算模型，按持久狀況承載能力極限狀態進行配筋計算. 詳見<深受彎構件(3)---拉壓桿計算模型(Strut-and-Tie Model)>.
3 持久狀況承載力計算
(1) 受彎構件的正截面承載力計算: 確定所需要的縱向受力鋼筋(預應力鋼筋和非預應力鋼筋)數量及在正截面上的布置。
展開 當構件加載至某一特定荷載，其下邊緣混凝土的預壓應力恰被抵消為零，此時在控制截面上所產生的彎矩M0稱為消壓彎矩。a)使用荷載作用于梁上; b)消壓狀態的應力.
梁使用及破壞階段的截面應力圖
(2) 加載至受拉區裂縫即將出現
當構件在消壓后繼續加載，并使受拉區混凝土應變達到抗拉極限應變時的應力狀態，即稱為裂縫即將出現狀態。c)裂縫即將出現時的截面應力
梁使用及破壞階段的截面應力圖
受彎構件出現混凝土彎曲裂縫時的理論臨界彎矩稱為開裂彎矩Mcr。把受拉區邊緣混凝土應力從零增加到應力為ftk所需的外彎矩用Mcr,c表示，則Mcr為M0與Mcr,c之和，即
在消壓狀態出現后，預應力混凝土梁的受力情況如同普通鋼筋混凝土梁一樣。
(3) 帶裂縫工作
繼續增大荷載，則主梁截面下緣開始開裂，裂縫向截面上緣發展，梁進入帶裂縫工作階段, 如圖d) 所示。
梁使用及破壞階段的截面應力圖
4 破壞階段
配筋率適當的預應力混凝土受彎構件(適筋梁)，在荷載作用下，受拉區全部鋼筋(包括預應力鋼筋和非預應力鋼筋)將先達到屈服強度，裂縫迅速向上延伸，而后受壓區混凝土被壓碎，構件即告破壞, 如下圖e) 所示. 破壞時，截面的應力狀態與鋼筋混凝土受彎構件相似。
梁使用及破壞階段的截面應力圖
在正常配筋的范圍內，預應力混凝土梁的破壞彎矩主要與構件的組成材料受力性能有關，其破壞彎矩值與同條件普通鋼筋混凝土梁的破壞彎矩值幾乎相同，而是否在受拉區鋼筋中施加預拉應力對梁的破壞彎矩的影響很小。預應力混凝土結構并不能創造出超越其本身材料強度能力之外的奇跡，而只是大大改善了結構在正常使用階段的工作性能。
展開 Ls-Dyna求解器功能強大，是世界上最著名的顯示動力分析程序，尤其適合求解各種二維、三維非線性結構的碰撞、侵蝕和爆炸沖擊等非線性問題。案例中承受爆炸荷載構件為剪力墻-預應力寬連梁鋼筋混凝土構件，構件有限元模型應用HyperMesh工具處理，鋼筋與混凝土單元共節點，模型概況，如圖1。本案例采用kg-mm-s單位制。
模擬預應力鋼筋混凝土結構的爆炸沖擊響應，需要分兩步處理：第一步，對構件施加預應力，模擬構件的穩態應力分布；第二步，進行預應力分布穩定時的構件抗爆模擬。其中，第二步針對預應力鋼筋混凝土構件進行的爆炸相關設置，見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>，本文章主要介紹預應力，即預緊力的施加，及重啟動的相關設置。空氣及炸藥網格可用TCE工具處理（TCE使用方法見我的技術鄰免費課程<Dyna求解的工程爆破模擬教程>）。
Part1預緊力的施加-預應力鋼筋混凝土構件建立：
第一步，新建MAIN.k、ALE.K、BlastPoint.k、Boundary.k、EntitySet.k、Mode.k（搭建的模型文件導出Mode.k中）。復制材料卡片（提前寫好，或聯系博主索要）及計算控制卡片（聯系博主索要）到計算文件夾中，形成文件內容如圖2。文件解析見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>。
第二步，將MAIN.k文件導入HyperMesh中（模型搭建如若不會，可以向博主索要學習資料），操作步驟見圖3。
第三步，為模型分配材料及屬性。
本例中構件模型及單元屬性按表1采用，混凝土單元材料模型添加材料侵蝕關鍵字*MAT_ADD_EROSION，材料與屬性需要依照圖4操作圖示，依次完成賦值。
第四步，生成預應力鋼筋截面上幾何點，操作步驟見圖5。
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