預應力混凝土的案例
部分預應力混凝土結構的受力特性(Partially Prestressed Concrete)
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(lián)合使用，從而具有預應力和普通鋼筋混凝土的優(yōu)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(guī)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(guī)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(guī)》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 預應力混凝土結構的概念(Prestressed Concrete)
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(xù)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(guī)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(guī)》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(guī)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 預應力混凝土受彎構件設計計算方法
(2) 受彎構件的斜截面承載力計算: 確定受彎構件所需要的箍筋數量及布置間距、預應力鋼筋的彎起位置，以及截面尺寸是否符合要求。
(3) 端部錨固區(qū)承載力計算: 對后張法預應力混凝土構件主要是錨下局部區(qū)和總體區(qū)計算，確定錨下間接鋼筋數量及布置;對先張法預應力混凝土構件，主要是預應力鋼筋的錨固長度及傳遞長度計算。
4 持久狀況和短暫狀況的構件應力計算
(1) 持久狀況構件的應力計算: 基于預應力混凝土受彎構件受力的使用階段而進行的設計計算，包括：①受彎構件截面的混凝土法向正應力；②預應力鋼筋的拉應力；③截面的混凝土主應力計算。計算應力值都不得超過規(guī)定的限值。
(2) 短暫狀況構件的應力計算: 基于預應力混凝土受彎構件的施工階段而進行的設計計算；在設計上主要是進行短暫狀況構件截面的混凝土應力計算；必要時進行構件的變形計算。
5 持久狀況正常使用階段的計算
(1) 受彎構件的抗裂性驗算: 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。
(2) 受彎構件的撓度與變形的驗算。
展開 預應力混凝土受彎構件受力及工作階段
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(tài)的應力.
梁使用及破壞階段的截面應力圖
(2) 加載至受拉區(qū)裂縫即將出現
當構件在消壓后繼續(xù)加載，并使受拉區(qū)混凝土應變達到抗拉極限應變時的應力狀態(tài)，即稱為裂縫即將出現狀態(tài)。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(qū)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(tài)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(xù)增大荷載，則主梁截面下緣開始開裂，裂縫向截面上緣發(fā)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(qū)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(qū)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(tài)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(qū)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(chuàng)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 
公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范
交通部已發(fā)文，《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362-2018）作為公路工程行業(yè)標準，自2018年11月1日起施行。 文檔:公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范 JTG3362-2018
midas算例---預應力混凝土梁的施工階段分析
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『分享』應用Dr.Bridge計算預應力混凝土橋梁（PPT）
分為兩卷
part1
應用Dr.Bridge計算預應力混凝土橋梁.part1.rar
應用Dr.Bridge計算預應力混凝土橋梁.part2.rar
用于混凝土的可彎曲熱塑性復合材料增強材料
混凝土具有固有的高抗壓強度，但拉伸強度和脆性行為有限。鋼筋的使用提供了必要的拉伸強度而不會抑制裂縫的形成。更有效地使用混凝土是通過在施工時將其壓入高于其使用壽命期間所經受的拉伸應力的壓縮狀態(tài)。這是預應力混凝土的原理。出于這個原因，Sireg，Arkema及其合作伙伴，邁阿密大學和國家合作公路研究計劃（NCHRP）正在同時開發(fā)一種用于預應力混凝土的專利熱塑性復合材料電纜（圖3））。這項工作是在美國聯(lián)邦計劃的支持下共同資助的，由佛羅里達州交通部監(jiān)督（參見NCHRPIDEA / MILDGLASS：用于彈性輕度預應力混凝土的GFRP鋼絞線。
圖3：玻璃/鉺復合電纜
通過捻合構成電纜的復合棒是通過拉擠成型用玻璃纖維增強的鉺熱塑性樹脂制成的。通過使用熱塑性樹脂Elium，可以實現將棒熱接合到螺旋電纜中的組件，以及在卷軸上的非常長的長度的包裝。同樣重要的是，在預制廠的張緊過程中用作錨的卡盤是用于鋼絞線的卡盤; 因此，無縫過渡到一種新穎的材料。
復合材料在混凝土預應力中的應用（圖4）是一項重大創(chuàng)新，自20世紀30年代EugèneFreyssinet發(fā)明以來，混凝土結構的耐久性發(fā)生了前所未有的變革。
圖4：混凝土預應力橋梁
這項創(chuàng)新被選為2019年建筑與基礎設施類JEC創(chuàng)新獎的最終入圍者。由JEC集團組織的JEC創(chuàng)新獎被認為是業(yè)界最負盛名的獎項，旨在識別，推廣和獎勵全球最具創(chuàng)新性的復合材料項目。獲獎者將于3月13日下午4:30在JEC World 2019期間公布。
Arkema將在JEC World 2019 展位5號展位V39展臺展示他們的創(chuàng)新。 他們的合作伙伴是Sireg，國家合作公路研究計劃 - NCHRP，Sireg，邁阿密大學。
來源：復合材料網
展開 預應力混凝土分析中等效荷載法與其它！
預應力混凝土分析中等效荷載法與其它
眾所周知，在ANSYS中，預應力混凝土分析(有粘結)可采用等效荷載法和實體力筋法。所謂等效荷載法，就是將力筋的作用以荷載的形式作用于混凝土結構；所謂實體力筋法就是用solid模擬混凝土，而link模擬力筋。
1 等效荷載法的優(yōu)缺點
優(yōu)點是建模簡單，不必考慮力筋的具體位置而可直接建模，網格劃分簡單；對結構的在預應力作用下的整體效應比較容易求得。
其主要缺點是：
①等效荷載法沒有考慮力筋對混凝土的作用分布和方向，力筋對混凝土作用顯然在各處是不同的，等效荷載法則無法考慮；水平均布分量沒有考慮。
②對某些線形的力筋模擬困難，例如通常采用的是直線(較短)＋曲線＋直線(很長)＋曲線＋直線(較短)，這種形式的布筋等效起來麻煩，且可能不合理。
③難以求得結構細部受力反映，否則荷載必須施加在力筋的位置上，這又失去建模的方便性。
④在外荷載作用下的共同作用難以考慮，不能確定力筋在外荷載作用下的應力增量。
⑤對張拉過程無法模擬。
⑥無法模擬應力損失引起的力筋各處應力不等的因素。
其最大的一個缺點是：較粗！得到的結果與實際情況誤差較大！最近做了點實際計算，經過比較發(fā)現，結果與實際的誤差相差較多(可能是特例)，所以采用該方法需要謹慎和校驗一下。
2 實體力筋法的優(yōu)缺點
將混凝土和力筋劃分為不同的單元，預應力的模擬可以采用降溫方法和初應變方法。降溫方法比較簡單，同時可以模擬力筋的損失，單元和實常數幾種即可；初應變通常不能考慮預應力損失，否則每個單元的實常數各不相等，工作量較大。
可消滅等效荷載法的缺點。但建模工作量似乎要大些。
展開 40米后張法預應力混凝土簡支T形梁計算書
40米后張法預應力混凝土簡支T形梁計算書
1.概況與基本數據
1.1概況
依據《西部地區(qū)中小跨徑橋梁技術研討會》會議紀要、《西部地區(qū)中小跨徑適用橋梁形式研究下一步工作內容和計劃》及我院任務通知單編號：橋－施－技科（2004）字第67號。課題組進行課題相關設計開發(fā)。開發(fā)原則為：
（1） 上部構造形式采用5梁式
（2） 梁寬模數B=2.4米，T梁預制高度為2.25米。明確10厘米現澆混凝土鋪裝不參與受力。
（3） 混凝土強度等級：C50
（4） 邊梁懸臂長度120厘米。
（5） T梁兩端及順橋向采用單支座。
（6） 適用路基寬度：整體式路基24.50米、12.0米。
（7） 適用于直線橋。
1.2基本數據
（1） 結 構：后張法預應力混凝土簡支T形梁
（2） 計算跨經：40米
（3） 路基寬度：整體式路基24.5米、12米
（4） 車 道 數：雙向4車道
（5） 汽車荷載：公路－Ⅰ級
2.
展開 MIDAS預應力混凝土梁分析
MIDAS預應力混凝土梁分析
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ANSYS預應力鋼筋與混凝土耦合造成應力集中的一種解決方法
最近看文獻，偶然看到了長沙大學黃文雄的一篇文章《混凝土結構有限元分析中預應力筋模擬的新思考》，挺有意思，在此拆解分享，點擊上面的文章標題可以去CNKI下載(沒有數據庫支持的朋友可以給我發(fā)郵件)。
問題描述
用ANSYS計算預應力混凝土非線性有限元問題時，混凝土采用三維Solid單元，預應力鋼筋采用線性的Link單元。常規(guī)做法是分別建模，用耦合的方法使鋼筋和混凝土單元協(xié)調工作。
于是，問題出現了，當二維單元和三維單元進行耦合的時候，在耦合點處“天然出現應力集中現象”，而且應力集中對整體有限元計算精度的影響隨著單元尺度劃分的不同而不同。
作者還提供的對比計算結果如下：
原因分析
1.沿梁縱向，恰好也是鋼筋線性單元的布置方向，所以此方向上的應力和跨中撓度受單元劃分尺度影響很小；
2.沿梁豎向，曲線預應力有豎彎構造時，單元劃分尺度對豎向應力影響較大；
3.沿梁橫向，曲線預應力有橫彎構造時，單元劃分尺度對豎向應力影響較大；
4.當曲線預應力鋼筋的彎折半徑較小時，彎折區(qū)域應力集中可能會對計算結果有較大影響。
解決方案
作者提出了一個解決方案：用三維Solid單元代替二維單元模擬預應力鋼筋。并且通過對比計算得出以下結論：
1.沿跨度縱向方向”當單元劃分尺度適宜時”單元劃分尺度變化對于特征應力影響微乎其微；
2.沿截面豎向方向”單元劃分尺度變化時”其應力相對變化率約在5%以內；
3.沿截面橫向方向”單元劃分尺度變化時”其應力相對變化率約在10%以內，當單元劃分尺度選取適宜時”其應力相對變化率可控制在
5%左右。
至此，耦合產生的應力集中問題基本解決。
展開 預應力鋼筋混凝土板的非線性分析（原創(chuàng)案例賞析，如轉載，請注明出處）
分析類型：預應力鋼筋混凝土板的非線性分析
分析平臺：ANSYS17
技術難點：預應力的施加 混凝土開裂后的下降段加載分析
關鍵詞：鋼筋混凝土 預應力 極限載荷 開裂載荷 載荷位移曲線
完成人：技術鄰ANSYS專家
業(yè)務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術背景：獲得預應力鋼筋混凝土板的載荷位移曲線，包括開裂載荷，極限載荷
工程意義：鋼筋混凝土
研究對象：鋼筋混凝土板
模擬過程：四點彎曲加載
代做業(yè)務：土木工程的鋼結構分析，鋼筋砼結構分析，地震作用下的耗能/滯回曲線分析，其他分析
圖1 鋼筋混凝土板模型
下部有受拉鋼筋，為預應力鋼筋。
圖2 有限元模型
能看出不一樣嗎？采用rbe3命令來進行分配加載的哦
圖3 具有漂亮對稱性的位移結果
圖4 完美的裂紋圖
圖5 載荷位移曲線
非常漂亮的載荷位移曲線，注意混凝土開裂后以及鋼筋屈服后的載荷下降，好幾個階段，想要計算出漂亮的下降段記得找我。
圖6 整齊規(guī)范的APDL命令
采用整齊規(guī)范的APDL命令流實現，so easy！！
展開 Ls-Dyna對預應力鋼筋混凝土結構的抗爆模擬
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(jié)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(wěn)態(tài)應力分布；第二步，進行預應力分布穩(wěn)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(lián)系博主索要）及計算控制卡片（聯(lián)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。
第五步，創(chuàng)建施加預應力的截面，二根鋼筋分別建立，操作步驟見圖6，注意進行預應力截面創(chuàng)建前，使Boundary.k文件置于當前，方法見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>圖6。
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