潘豫萍

(山西省高速公路管理局，山西太原 030006)

談保護層厚度對梁體受力的影響

潘豫萍

(山西省高速公路管理局，山西太原 030006)

結(jié)合某橋梁實例，采用有限元分析軟件ANSYS，建立了梁體的三維模型，計算分析了不同保護層厚度對梁體受力性能的影響，指出保護層厚度超過一定量會對梁體受力產(chǎn)生不利影響，在施工中應(yīng)按設(shè)計要求嚴格控制保護層厚度范圍。

梁體，混凝土保護層，ANSYS，彈性應(yīng)變，塑性應(yīng)變

1 概述

梁體混凝土保護層是“以最外層鋼筋(包括箍筋、構(gòu)造筋、分布筋等)的外緣計算混凝土的保護層厚度”，其作用為保護鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和滿足鋼筋錨固的要求。保護層厚度越大梁體的受力、防火性能越好，但是厚度過大會導(dǎo)致超寬裂縫，進一步破壞表面的涂裝。而且由于鋼筋混凝土平截面假定不考慮受拉區(qū)混凝土的受拉作用，過大的保護層厚度使混凝土用量增加，造成經(jīng)濟成本增加。

由于梁板設(shè)計或施工模板架立位置的原因，導(dǎo)致混凝土保護層過厚。由于梁板截面尺寸不變，混凝土保護層厚度變大，導(dǎo)致梁板的相對受壓區(qū)高度減小，進而使梁板的實際受力面積減小，對梁板的承載能力和裂縫開裂情況造成一定的影響。

2 計算理論及方法

各荷載階段梁截面上的正應(yīng)力分布如圖1所示。

圖1 各荷載階段梁截面上的正應(yīng)力分布

2)塑性階段。當(dāng)最大應(yīng)力σ達到屈服點fy時，是梁彈性工作的極限狀態(tài)，其彈性極限彎矩(屈服彎矩)My:

截面全部進入塑性狀態(tài)，應(yīng)力分布呈矩形。彎矩達到最大極限成為塑性彎矩:

3)計算方法。采用有限元分析軟件ANSYS根據(jù)設(shè)計圖紙建立梁體的三維模型，設(shè)置混凝土和鋼筋的材料屬性，按照彈塑性力學(xué)理論進行計算。

3 數(shù)據(jù)計算

本文計算結(jié)合無錫城市橋梁實際情況，通過查閱設(shè)計資料確定計算梁體模型的幾何尺寸和力學(xué)材料特性。簡支梁計算模型如圖2，圖3所示，施加向下5 mm的位移荷載。

圖2 簡支梁模型示意圖

圖3 梁截面尺寸及配筋情況

在ANSYS中采用分離式模型，混凝土采用Solid65單元，鋼筋采用Pipe20單元，鋼筋的屈服強度設(shè)置為300 MPa。ANSYS中簡支梁三維模型如圖4所示。

圖4 簡支梁體有限元計算模型

保持簡支梁體截面尺寸不變，對保護層厚度3 cm，6 cm，9 cm，12 cm進行計算，得到計算結(jié)果見表1。

表1 計算結(jié)果表

4 結(jié)語

保護層厚度在12 cm以下時，由3 cm增加到9 cm彈性應(yīng)變和應(yīng)力值變化量極小，且不產(chǎn)生塑性應(yīng)變;但是保護層厚度達到12 cm時，彈性應(yīng)變和應(yīng)力值明顯增加，且出現(xiàn)不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變。可以看出保護層厚度超過一定量會對梁體受力產(chǎn)生不利影響，在施工過程中按照設(shè)計要求嚴格控制施工質(zhì)量。

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Oninfluence of protection layer thickness onbeam stressPan Yuping

(Shanxi Expressway Administration Bureau，Taiyuan 030006，China)

Combining with some bridge，the paper adopts the finite el-ement software ANSYS，establishes the three-dimension model of the beam，analyzes the influence of various thicknesses of the protection layers on the beam stress performance，and points out the beam stress can be affected when the thickness is over certain amount，so the scope of the thickness of the layer can be strictly controlled in the construction.

beam，concrete protection layer，ANSYS，elastic strain，elastic strain

U441

:A

1009-6825(2016)36-0180-02

2016-10-17

潘豫萍(1964-)，女，高級工程師