無粘結預應力混凝土橋梁的有限元分析

摘 要:本文詳細介紹了有限元程序Abaqus對橋梁體內無粘結預應力及體外預應力的建模過程，并且通過實例驗證了Abaqus在橋梁無粘結預應力的有限元分析中的可靠性。

關鍵詞:無粘結預應力 有限元分析 Abaqus

中圖分類號:TU757文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(a)-0018-02

Finite Element Analysis of concrete bridges with unbonded prestressing

Gu Jie1，Man Chongyang2

(1. Department of Civil Engineering， Louisiana State University， 70808 U.S.; 2. IT by Design LLC， 70808 U.S.)

Abstract:This paper describes a finite element study of the behavior of concrete bridges with unbonded prestressing.FEM model is established to simulate the structural behavior of the prestressed concrete beam with internal or external tendons up to ultimate with the application of Abaqus.The model developed to perform the analysis is verified using experiments on simple and continuous beams with internal or external tendons.

Key words:unbonded prestressing，finite element analysis，Abaqus

無粘結預應力是指無粘結預應力筋與混凝土不直接繼承而處于無粘結的一種狀態。無粘結預應力技術具有施工簡單、結構簡單、自重輕、抗腐蝕性強、抗疲勞性好等優點而在各大型土木工程中得到廣泛的應用。特別是在橋梁的建設上，加固由于鋼筋腐蝕及超載等因素造成的損失成為一種十分有效的手段。

由于無粘結預應力在單個界面內應變的不相容，其精確分析必須通過整體平衡條件的迭代實現。本文通過Abaqus有限元程序對無粘結預應力進行了模擬分析，并與實驗數據進行了比較，驗證了模型的可靠性。

1 有限元分析

1.1 理論模型的建立

無粘結預應力筋與其周圍混凝土之間會發生相對的滑動，大大增加了模型建立的難度。本文在把結構離散為平面非線性單元的基礎上，將無粘結預應力筋的作用效應轉化為節點荷載[1]，以便建立有限元分析的模型。為此，進行了以下幾點假設:(1)梁截面受力前后的應變服從平截面假定，且沿截面呈線性分布;(2)受力后，粘結性筋與混凝土應變協調;(3)忽略無粘結預應力筋與孔道或轉向塊之間的摩擦;(4)忽略梁的變形。

體內無粘結與體外預應力梁的截圖分別如圖1、圖2所示。……