体外预应力简支梁受弯承载力试验研究(2)

图8 有限元分析模型

Fig.8 model of finite element analysis

在ansys计算混凝土中，如果考虑混凝土材料的单轴抗压破坏项，将大大增大计算难度，所以在计算过程中关闭压碎开关，但关闭压碎开关，计算不会出现下降段，就需要人为判断破坏点。定义体外预应力小梁破坏准则：在混凝土内部受力钢筋屈服并发展中，跨中挠度伴随裂缝发展过程中出现陡增，体外预应力筋的应力增量也出现了陡增，此时，体内钢筋在整体达到屈服为小梁破坏，如图9给出的PB1、PB2、PB3的挠度曲线图。计算结果和试验结果对比如表2。

(a) 挠度曲线 (b) 破坏拐点

图9 计算的跨中挠度曲线

Fig.9 midspan deflection curve

表3试验结果和ANSYS计算结果对比

A 转向块间距变化：PB1、PB2、PB3三组梁的ansys计算结果对比，初裂缝时，三组荷载为20kN~22kN，和试验结果误差小于10%；破坏时，转向块间距为300mm梁的极限荷载为36.0kN，转向块间距为600mm的梁破坏荷载出现在38.1kN，转向块间距为900mm的梁破坏荷载为37.4kN。与试验结果对比，同一模型的结果数值偏差不大，误差小于7.5%。梁体承受荷载达到极限时，跨中挠度单位增量明显变大。转向块间距从300mm～600mm～900mm的变化过程中，破坏荷载也是从小～大～小的变化，和试验结果比较吻合。

B 预应力筋锚固高度变化：PB2、PB4两组梁的ansys计算结果，初裂缝时，两组荷载为20.7~22.8kN变化，破坏时，极限荷载变化38.1~40.6kN；试验结果中的初裂缝时荷载为24~21.5kN变化，极限荷载为39.5~37.5kN，ansys模拟结果

与试验结果正好相反，这是由于锚固高度下降，从133.3mm到100mm，梁端锚固的偏心减小，导致锚固套帽偏移，尽管试验中的预应力增量比计算还大，但是不能有效地传递到梁体上，所以梁体承载力与有限元计算结果相反。

C 预应力筋配筋量变化：PB3、PB5体外预应力筋锚固高度从133mm到100mm变化，配筋量从40mm2到80mm2，计算的初裂缝时荷载33.9kN，远高于试验的初裂缝时的荷载22.5kN，极限荷载58.5kN也远高于试验的极限荷载51.5kN，这是由于配筋率增大，尽管可以显著地增大梁体的极限承载能力，但是，试验中梁的预应力由两端镦头高强钢丝施加在钢板上，并通过高强螺栓传递到梁上，当传递的压力越大，对高强螺栓对混凝土梁端的局部压力就越大，梁两端有压碎部分，这样造成了预应力不可避免的损失，预应力越大，损失就越多；高强钢丝镦头也有滑移部分，也增大了预应力损失，初裂缝时，试验中的体外预应力筋的应力增量仅仅有5MPa——10MPa,而ansys模拟计算上却有20MPa——25MPa,当梁体破坏的时，模拟计算的预应力增量比试验测得更大，极限荷载比试验也大得多。

挠度对比中，5组10根梁的试验值普遍比有限元模拟值要大30%左右，原因分析如下几点：第http:///
一、体外预应力小梁安装在试验机上面的支撑架上，试验中所以支撑点非完全刚性材料，存在着一定的误差；第二、由于试验中存在预应力损失，导致数值计算的预应力增量比试验值的大，造成计算的极限承载力大部分大于试验值，应力增大也导致整片梁的抗弯刚度增大，变形减小；第三、数值计算中，ANSYS对混凝土抗弯刚度计算能力差一些。