賈巧燕 穆新盈

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的有效預(yù)應(yīng)力是一個(gè)不確定的參數(shù),尤其是在在役混凝土結(jié)構(gòu)中。它控制著預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件裂縫的形成、開(kāi)展以及撓度的大小,甚至承載力。因此,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效預(yù)應(yīng)力的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在性能評(píng)定中尤為重要。

1 環(huán)形槽應(yīng)力釋放法

應(yīng)力釋放法最早應(yīng)用在測(cè)量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的殘余應(yīng)力,通過(guò)測(cè)量構(gòu)件分割前后的位移和應(yīng)變,再經(jīng)換算成應(yīng)力。應(yīng)力釋放法廣泛應(yīng)用于金屬材料特別是鋼材殘余應(yīng)力的測(cè)試方面,目前正在逐步引入混凝土等材料的應(yīng)力測(cè)試上。其原理是對(duì)有初始約束應(yīng)力的測(cè)試構(gòu)件,采用機(jī)械切割的方法使約束產(chǎn)生的應(yīng)力被釋放,測(cè)試方法有鉆孔法,盲孔法,開(kāi)槽法等。

劉永淼在環(huán)孔法測(cè)試素混凝土柱工作應(yīng)力試驗(yàn)中,得出了給定孔徑下應(yīng)力零點(diǎn)的孔深。本文應(yīng)用ANSYS有限元程序,編寫(xiě)命令流,以梁跨中底部中心為測(cè)點(diǎn),切割具有一定直徑和壁厚的環(huán)形槽,模擬測(cè)點(diǎn)軸向應(yīng)力隨槽深不斷加深的釋放過(guò)程,進(jìn)而計(jì)算出測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)零應(yīng)力的最佳槽深,探討應(yīng)力零點(diǎn)槽深的影響因素,并試著給出應(yīng)力零點(diǎn)槽深計(jì)算公式。

2 有限元前處理

2.1 本文結(jié)構(gòu)模型

本文結(jié)構(gòu)模型均為矩形截面預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁,分別為直線力筋和曲線力筋,力筋兩端張拉。模型具體尺寸見(jiàn)圖1。

2.2 材料參數(shù)

本文預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁中,混凝土彈性模量35 GPa,容重25000 N/m3,泊松比0.2,力筋彈性模量195 GPa,泊松比 0.3,面積140mm2。

2.3 結(jié)構(gòu)建模方法及局部網(wǎng)格

根據(jù)有限元程序中單元的特性,本文采用Solid95單元和Link8單元分別模擬混凝土和力筋,直線力筋梁采用實(shí)體分割法建模,曲線力筋梁采用獨(dú)立建模耦合法建模,同時(shí)利用ANSYS中生死單元這一高級(jí)選項(xiàng)模擬切割過(guò)程。

3 應(yīng)力零點(diǎn)槽深計(jì)算

文中分別模擬計(jì)算相同槽寬 t不同環(huán)形槽內(nèi)徑d和不同預(yù)加力Ny兩種情形下測(cè)點(diǎn)軸向應(yīng)力在切割過(guò)程中的變化情況,提取并記錄不同切割深度時(shí)測(cè)點(diǎn)處軸向應(yīng)力,并繪制σ—h/d曲線圖,見(jiàn)圖2,圖3(在ANSYS中應(yīng)力符號(hào)規(guī)定:壓應(yīng)力為負(fù),拉應(yīng)力為正)。

3.1 直線力筋梁應(yīng)力零點(diǎn)槽深計(jì)算

1)d=6cm,t=1cm,Ny=50 kN,100 kN,150 kN;

2)Ny=50 kN,t=1cm,d=6cm,9cm,12cm。

3.2 曲線力筋梁應(yīng)力零點(diǎn)槽深計(jì)算

1)d=3cm,t=1cm,Ny=50 kN,80 kN,110 kN;

2)Ny=50 kN,t=1cm,d=3cm,4cm,5cm。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)模擬計(jì)算直線和曲線力筋梁測(cè)點(diǎn)處軸向應(yīng)力在切割過(guò)程中的變化情況,可以看出以上曲線的變化趨勢(shì)相同:隨著h/d的不斷增加,即切割深度變大,測(cè)點(diǎn)處軸向應(yīng)力由壓應(yīng)力逐漸變?yōu)槔瓚?yīng)力,中間出現(xiàn)應(yīng)力零點(diǎn),并且從中可以得出以下結(jié)論:

1)d確定后,不論Ny取何值,測(cè)點(diǎn)處軸向應(yīng)力的釋放速度基本是相同的,都是在同一槽深處出現(xiàn)應(yīng)力零點(diǎn)。2)d的大小直接影響測(cè)點(diǎn)處應(yīng)力釋放速度。d越小,釋放速度越快,d變大則會(huì)延遲應(yīng)力零點(diǎn)的出現(xiàn)。3)應(yīng)力完全釋放時(shí)所需要的槽深 h計(jì)算公式為h≈(0.31～0.32)d。希望對(duì)實(shí)際工程檢測(cè)起到一定的指導(dǎo)意義。

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