孫秀成

（中國輕工業(yè)長沙工程有限公司， 湖南 長沙 410007）

1 工程信息

1） PKPM 模型信息，荷載：8 支墩儲液罐，儲液罐荷載40000kN。

2） 材料信息，混凝土：C40；鋼筋：HRB400。

2 Abaqus 有限元模型

1） 混凝土材料模型，為準(zhǔn)確的模擬混凝土在受拉達到開裂應(yīng)變后卸載和受壓混凝土達到壓碎狀態(tài)后卸載的非線性行為，混凝土材料模型采用塑性損傷模型。混凝土的極限強度采用混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范提供的C40 混凝土的強度標(biāo)準(zhǔn)值，fck=26.8MPa，ftk=2.39MPa?；炷帘緲?gòu)模型和損傷因子按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范附錄C 提供的的計算公式計算得到，具體計算結(jié)果如下表所示：

2） 鋼筋，鋼筋采用雙折線彈塑性本構(gòu)模型，彈性極限強度標(biāo)準(zhǔn)值fk=400MPa，塑性極限抗拉強度f=540MPa，對應(yīng)的塑性應(yīng)變?yōu)?.072。

3） Abaqus 有限元模型，混凝土采用三維實體單元C3D8 模擬，鋼筋采用三維桁架單元T3D2 模擬。有限元模型如下圖所示：

3 計算結(jié)果分析

本文以單跨且受荷載較大的橫梁為主要分析對象，該梁截面為1000X3500，凈跨12.0m，跨高比小于5.0，屬于深受彎構(gòu)件范圍。鋼筋以pkpm 計算結(jié)果為依據(jù)進行布置。

表1 混凝土受拉塑性損傷本構(gòu)模型（Pa）

表2 混凝土受壓塑性損傷本構(gòu)模型（Pa）

鋼筋單元a 網(wǎng)格

1） 鋼筋應(yīng)力狀態(tài)分析，鋼筋應(yīng)力水平如下圖所示，從圖中可以看到該梁鋼筋應(yīng)力水平較高的區(qū)域出現(xiàn)跨中?？缰许敳夸摻顟?yīng)力最大值達到了340Mpa，已經(jīng)接近屈服狀態(tài)，跨中底部配筋最大應(yīng)力276Mpa，鋼筋應(yīng)力尚處于彈性階段。底部雖然配置了多排鋼筋，但是，各排鋼筋的應(yīng)力最值比較接近，鋼筋的強度利用較為充分。梁端的箍筋應(yīng)力水平相對較高，最大值達到了276Mpa。

2） 混凝土應(yīng)力水平分析

鋼筋應(yīng)力云圖

混凝土應(yīng)力云圖

從上圖中可以看到，受壓區(qū)混凝土最大應(yīng)力已達到約29MPa，混凝土已進入彈塑性階段，由于該區(qū)域混凝土處于雙向受壓狀態(tài)（雙軸受壓混凝土抗壓強度是單軸抗壓強度的1.16 倍），混凝土產(chǎn)生較小的塑性應(yīng)變，混凝土尚未達到極限抗壓強度，受壓區(qū)混凝土未出現(xiàn)卸載現(xiàn)象。如下圖所示：

受壓區(qū)單元應(yīng)力-應(yīng)變曲線

受拉區(qū)混凝土應(yīng)力均已達到抗拉強度2.39Mpa，表現(xiàn)為混凝土單元卸載，荷載轉(zhuǎn)移到底部受拉鋼筋。如下圖所示：

受拉區(qū)單元應(yīng)力-應(yīng)變曲線

受剪區(qū)混凝土從云圖中可以看出應(yīng)力水平不高，通過輸出單元的剪切應(yīng)力應(yīng)變曲線可知，該區(qū)域由于塑性應(yīng)變較大，混凝土已超過極限強度，進入剛度退化卸載階段，剩余的剪力由箍筋承擔(dān)。受剪區(qū)單元的剪切應(yīng)力應(yīng)變?nèi)缦聢D：

受剪區(qū)單元應(yīng)力-應(yīng)變曲線

3） 混凝土損傷分析，混凝土主應(yīng)力云圖如下圖所示，從圖中可知該梁應(yīng)力較大的區(qū)域分布在梁頂和剪應(yīng)力較大區(qū)域，荷載主要通過一拱形區(qū)域傳遞到兩側(cè)框柱，與梁底受拉鋼筋協(xié)同形成典型的拉桿拱的傳力模式。

主應(yīng)力云圖

受壓損傷因子云圖中可以看到跨中受壓區(qū)僅局部區(qū)域混凝土的損傷因子達到0.3，對應(yīng)較小的塑性應(yīng)變，受壓區(qū)混凝土未達到抗壓極限強度?；炷恋氖芗魠^(qū)域損傷因子已達到0.6，混凝土在剪壓共同作用下剛度退化，荷載已轉(zhuǎn)移到受剪鋼筋。

受壓損傷因子云圖

受拉損傷因子如下圖所示，靠近跨中區(qū)域混凝土損傷因子已達到0.9，混凝土抗拉剛度幾乎完全退化，荷載幾乎全部由底部鋼筋承擔(dān)。

受壓損傷因子云圖

4 結(jié)語

1） 儲罐支撐梁配筋按照pkpm 的設(shè)計結(jié)果進行配筋可以滿足構(gòu)件承載力的需求。受拉區(qū)鋼筋尚未達到屈服強度，混凝土受壓區(qū)應(yīng)力水平較高，發(fā)生較小的塑性應(yīng)變，但未進入卸載階段。設(shè)計具備一定的安全儲備；2） 支撐梁傳力模式為拉桿拱模式，荷載主要通過壓剪區(qū)混凝土傳遞到兩側(cè)框架柱。該區(qū)域混凝土損傷程度較高，受剪鋼筋應(yīng)力較大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中對該區(qū)域配筋應(yīng)予以加強。