尹新生 李 浩

(吉林建筑大學寒地綠色建筑技術工程中心,長春 130118)

混凝土局部受壓一直廣泛存在于工程建設當中.例如,規(guī)范中砌體結構的局壓,地基基礎的柱局壓,出現(xiàn)在大體積預應力后張法的錨固端等，這些都對結構正常使用的相關計算提出了很大要求.本文模擬在試件混凝土的不同位置植入預應力筋與鋼筋網(wǎng)片以增加強度,提升試塊的局壓承載力[1]，以經(jīng)濟性與施工便利為前提,尋求一種提高混凝土局壓承載力的方法.

1 素混凝土內植入預應力筋的模擬結果

圖1 C30混凝土本構關系曲線 圖2 素混凝土試塊立面圖

本文采用ANSYS有限元軟件模擬.鋼筋取彈性模量為200 000N/mm2,泊松比為0.3,采用C30混凝土,取彈性模量為13 585N/mm2,泊松比為0.2,本構關系曲線見圖1,試塊模型:斷面為500mm×500mm,高度為800mm;局壓面取100mm×100mm[2],受力形式為中心軸向受壓,并在中心節(jié)點處施加均布荷載,具體模型見圖2,圖3.為了對比預應力筋不同位置時的承載力,兼顧施工過程中的實際情況,采用在距混凝土模型頂部50mm，100mm，150mm.200mm,250mm處植入如圖4形式的直徑9.5mm的1×7股預應力筋,植入的預應力筋數(shù)量為3組,上下間距為50mm,采用降溫法模擬,設置結束后開始模擬計算.多次加荷求出極限荷載,然后將三片鋼筋網(wǎng)片整體向下平移50mm,重復平移并模擬計算,最后模擬出預應力筋位置與極限承載力的曲線關系(如圖5).由于ansys裂縫開展圖形模糊,在預應力筋距頂部為50mm時的試塊裂縫cad模擬見圖6.距模型頂端為250mm的裂縫cad模擬見圖7.

圖3 素混凝土截面圖 圖4 植入的預應力筋 圖5 預應力筋與極限承載力折線圖

圖6 距頂端50mm時裂縫開展圖

圖7 距頂端250mm時裂縫開展圖

2 素混凝土內植入鋼筋網(wǎng)片的模擬結果

采用相同的試塊模型,模擬方式采用ANSYS分離法建模,為了尋找最優(yōu)的鋼筋網(wǎng)片植入位置,采用和預應力筋大致相同的鋼筋量,同樣在距混凝土模型的柱頂為50mm,100mm,150mm,200mm,250mm處植入如圖8形式的直徑為6mm的鋼筋網(wǎng)片5片,植入的鋼筋網(wǎng)片的上下間距為50mm.設置結束后開始模擬計算,求出極限荷載,然后將5片鋼筋網(wǎng)片整體向下平移,計算出極限承載力做出整體模擬曲線[3](如圖9).用cad模擬繪制如下,其中,在鋼筋網(wǎng)片距頂部為50mm時的試塊裂縫情況如圖10.距頂部為250mm的裂縫情況如圖11.

圖8 植入的鋼筋網(wǎng)片

圖9 鋼筋網(wǎng)片與極限承載力折線圖

圖10 距頂部距離50mm裂縫模擬圖

圖11 距頂部距離250mm裂縫模擬圖

3 結論與展望

通過簡單的闡述,可以得出,在局壓素混凝土中植入預應力筋鋼筋網(wǎng)片組可大幅度提高其極限承載力,但在不同位置的鋼筋網(wǎng)片組發(fā)揮的效力也不盡相同,其中:

(1) 從圖5與圖9的對比可以看出,預應力筋的布置越靠近頂端承載力越高,遠離頂端承載力逐漸越低,說明承擔局部壓力部位主要是試塊的上部一定區(qū)域；

(2) 對比裂縫圖可知,當預應力筋與鋼筋網(wǎng)片在上部約束住混凝土試塊時,裂縫的開展被限制,遠離試塊頂端時裂縫成“Y”字型大幅度開展,植入的預應力筋與鋼筋網(wǎng)片沒有對該部位裂縫起到限制作用[4];

(3) 對比圖5與圖9的總折線圖得到圖12,可以看出在預應力筋用鋼量略少于鋼筋網(wǎng)片的情況下,預應力筋的承載力是高于鋼筋網(wǎng)片的.

從圖10可以看出承載力曲線預應力筋的曲線平滑,沒有大的折點,規(guī)律性強.由此可以得知,當進行大體積的混凝土施工過程中,要限制結構的局壓破壞,可以采用植入預應力筋的方法,但如果考慮到施工問題或者混凝土試塊體積較小,可以考慮在植入鋼筋網(wǎng)片的方法,從而達到經(jīng)濟性與實際施工便利的雙重目的.

參 考 文 獻

[1] 陰寅宏,楊德健,王玉良.配置高強箍筋混凝土柱承載力數(shù)值分析[J].河北工程大學學報(自然科學版),2011(2):28-33.

[2] 葉裕明,劉春山.ANSYS土木工程應用實例[M].北京:中國水利水電出版社,2005:185-200.

[3] 楊熙坤,楊 冰,孟凡石.混凝土及鋼筋混凝土局部承壓若干問題[J].低溫建筑技術,1999(1):8-10.

[4] S.Benyoucef,A.Tounsi,K.H.Benrahou,E.A.Adda Bedia.Time-dependent behavior of RC beams strengthened with externally bonded FRP plates:interfacial stresses analysis[J].Mechanics of Time-Dependent Materials,2007,3(1):55-70.