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摘? ?要：本文以某無粘結預應力混凝土梁靜力試驗為例，通過對無粘結預應力混凝土梁以及普通的鋼筋混凝土梁進行擬靜力試驗，探索無粘結預應力混凝土結構的抗震性能。所有試驗都是在國家相關標準以及規(guī)定之下進行，試件的選擇也都符合常規(guī)試驗標準，兩種混凝土梁的數(shù)量分別是3和1。本試驗使用混合加載模式，在實驗結果的基礎上通過Open? Sees平臺進行數(shù)值建模，從而進行有限元分析，通過實驗結果和分析數(shù)據(jù)來對預期設想進行進一步的證明，以便對無粘結預應力混凝土梁的抗震性能有更加詳細具體的試驗支撐。

關鍵詞：無粘結預應力混凝土梁;擬靜力實驗;有限元分析

隨著我國經(jīng)濟水平和社會各個方面的不斷進步，土木建設工程不斷增多，而無粘結預應力混凝土結構也憑借自身的優(yōu)點在土木工程建設中得到越來越多的應用，其大跨以及優(yōu)秀的抗裂性是被廣泛使用的重要原因。全面深入地了解無粘結預應力混凝土梁，在當前土木工程建設中已成為重中之重，只有對無粘結預應力混凝土梁有更加全面、更加深入的認知，才能在實際土木工程的建設中選擇更加合適的混凝土梁。

在對無粘結預應力混凝土梁的抗震性能進行研究時有兩種研究手段可以選擇。一種是實驗研究，這種研究手段在使用過程中一般都會花費較高的成本，并且在實際使用時很容易受到客觀條件的影響和限制，從而影響實驗效果。另一種研究手段是數(shù)值分析。這兩種研究手段在土木工程中越來越顯示出其自身作用。二者在現(xiàn)階段自身都還存在著不足，所以，在對無粘結預應力混凝土梁進行擬靜力實驗的時候，一般是將兩種實驗手段結合，二者不可分割。本課題在進行試驗時選定了4根混凝土梁并且進行擬靜力實驗，通過對其各方面的抗震性能進行研究，并且將無粘結預應力混凝土梁與普通的鋼筋混凝土梁進行對比，然后再在Open Sees平臺上對其進行數(shù)據(jù)建模，最終完成預期實驗目標。

1? ? 無粘結預應力混凝土梁擬靜力試驗

首先是實驗階段，只有按照國家標準開展相關具體實驗并且得出實際的實驗數(shù)據(jù)，才能對后續(xù)的平臺數(shù)據(jù)建模提供數(shù)據(jù)支撐，而本課題在進行實際寫作時借鑒了某高校的一次實驗過程。

1.1? 試件設計及加載制度

本試驗一共有4根混凝土梁，分別是3根無粘結預應力混凝土梁Y1、Y2、Y3，以及普通的鋼筋混凝土梁，將其編為P。這些混凝土梁的截面數(shù)據(jù)等都是按照常規(guī)標準選定，而混凝土梁的混凝土強度為C40，施工方法是后張法。實驗中由千斤頂來完成具體的荷載效果，在進行具體的實驗時由鋼分配梁傳遞（見圖1～2）。最后其加載制度的設定為力和位移共同作用所完成的混合加載。在進行試驗過程中，加載工作一律按照常規(guī)標準和相關規(guī)定進行，得到的加載制度曲線圖如圖3所示。

1.2? 擬靜力實驗混凝土梁破環(huán)形態(tài)

通過對相關實驗資料的調查，最終得出在經(jīng)歷上述試驗之后加入試驗的混凝土梁被破壞主要有以下3個階段。首先，在加載制度開始的時候跨中純彎斷產(chǎn)生了裂縫，緊接著，混凝土梁的彎剪受力區(qū)會產(chǎn)生裂紋。隨著裂縫的不斷擴展，其數(shù)目會在到達一定程度之后停止增長，但是原先的裂縫會逐漸擴展并且最終貫通。隨著裂縫的貫通，鋼筋最終屈服。最后，跨中區(qū)域的混凝土在荷載效果作用下逐漸被壓碎，混凝土梁遭到破壞。

1.3? 試驗結果對比

通過對試驗資料的調查能夠發(fā)現(xiàn)，在對4根混凝土量進行擬靜力試驗之后可以總結出以下幾點。（1）無粘結預應力混凝土梁在實驗中與普通的鋼筋混凝土梁對比顯示出更高的強度，但是在延性方面顯示出不足，這兩點主要表現(xiàn)在試驗中無粘結預應力混凝土梁能夠承受更加極限的荷載，而極限位移與鋼筋混凝土梁對比的話較小。（2）從對比結果中看出，在其他條件相同時，預應力與混凝土梁的極限位移成反比，其延性也就越差。（3）實驗數(shù)據(jù)表明，預應力混凝土梁的耗能與其非預應力筋的配置密切相關，在配置之后能夠有效提高其抗震性。

從對比結果中能夠看出，無粘結預應力混凝土梁與常規(guī)的鋼筋混凝土梁對比試驗顯示出較差的抗震性，而無粘結預應力混凝土梁的抗震性與預應力度等方面有著密切的關系。

2? ? 數(shù)值建模分析

單純的擬靜力試驗自身存在缺點，所以，需要結合數(shù)據(jù)分析進行補足，針對其擬靜力試驗的數(shù)據(jù)建模具體過程后面將提到。

2.1? 數(shù)值建模

在對無粘結預應力混凝土梁進行建模時采用的是Open Sees平臺，作為一個有限元分析平臺，Open Sees在建模方面顯示了自己的優(yōu)勢。但是由于無粘結預應力混凝土梁中的構成不滿足應變協(xié)調，所以，在進行數(shù)值建模的時候單獨進行考量。在進行數(shù)值建模時要注意到箍筋的效果，實際操作中，應考慮其約束力，以免混凝土部分出現(xiàn)誤差，箍筋作為界限將其分為兩個不同的部分，分別是保護層和核心。在進行實際的建模時，還要對預應力鋼筋和混凝土二者之間的耦合進行考慮。

2.2? 本構模型的影響作用

在當前情況下，本構模型已經(jīng)發(fā)展成熟，本課題主要分析其數(shù)值的影響作用。首先，從數(shù)值整體來看，還存在著一定的誤差。但是這些誤差還在可控階段，對于整個工程來說不會造成太大影響。其次，當鋼筋本構條件一定，對混凝土本構實行變化控制，就能取得較好的模擬結果。最后，如果混凝土本構保持一定，對鋼筋本構進行可控變化時，滯回曲線與預期實驗效果更加吻合。

3? ? 試驗研究與數(shù)值分析所得結果

無論是試驗手段還是數(shù)據(jù)分析都存在著自身的缺陷，由于受到環(huán)境以及各種條件的限制，在運用單種手段時很難得出最佳的對比結果，并且在成本控制方面難以做到最好，所以，將數(shù)值分析和試驗結果進行結合是研究無粘結預應力混凝土梁最佳的方式。

在經(jīng)過了擬靜力試驗以及Open Sees平臺的數(shù)值建模之后，通過二者的結合分析，本文得出了以下的結果。首先，在混凝土梁的強度方面，非預應力混凝土梁較差一，但是卻能夠展示出較好的延性。作為其參照物，預應力混凝土梁有著較高的強度和較差的延性。從試驗數(shù)據(jù)滯回曲線中能夠發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生了捏攏效應，這就表示預應力混凝土梁的耗能較非預應力混凝土梁弱。其次，常規(guī)的鋼筋配置對于預應力混凝土梁在力學性能方面有著明顯的影響，如果將非預應力鋼筋像試驗中一樣配置到預應力混凝土梁中，那么對于無粘結預應力混凝土梁的抗震性會有明顯的提升效果，相應的結果是延性降低，但是在抗震性和能耗方面能夠提升預期效果。

4? ? 結語

本課題主要對無粘結預應力混凝土梁進行擬靜力試驗有限元分析，試驗是采用3根無粘結預應力混凝土梁以及一根常規(guī)的鋼筋混凝土梁，荷載是由千斤頂完成，有限元分析是在Open Sees平臺進行數(shù)值建模。通過擬靜力試驗和數(shù)值建模，得出以下結論。

常規(guī)狀態(tài)下鋼筋混凝土梁的強度和抗震性大于無粘結預應力混凝土梁，但是加入非預應力筋之后，其抗震性能夠得到明顯提升，并且在其他條件一定的情況下大于常規(guī)鋼筋混凝土梁。混凝土梁的延性以及耗能會隨著非預應力鋼筋的配置而產(chǎn)生變化。

針對以上這些試驗和分析結果得出：（1）在實際的土木工程建設中，進行混凝土梁選擇的時候一定要具體地考量，從而選擇出最適合自身工程的混凝土梁，以便在混凝土梁的強度和抗震性、延性等方面滿足實際土木工程建設的要求，對于整個工程的建設產(chǎn)生實際的推動效果。（2）在進行相關研究的時，不僅要通過單純的試驗手段對目標進行分析，還需要通過數(shù)值分析等其他手段對自己的試驗結果進行印證，從而保證所得結果的精確性。（3）通過試驗得出的關于無粘結預應力混凝土梁抗震性以及強度的相關數(shù)據(jù)，雖然有著極大的可信性，但是在進行實際施工的時候還是要對現(xiàn)場情況進行勘測，從而判斷現(xiàn)場的施工條件和環(huán)境條件是否符合無粘結預應力混凝土梁的使用條件。

本文通過對無粘結預應力混凝土梁和常規(guī)的鋼筋混凝土梁進行對比試驗，得出了關于兩者之間的強度、延性、抗震性等方面的對比數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以及結論在進行施工選擇和相關研究的時候有一定的參考價值。

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