朱水文

摘 要：本文在已有光釬健康檢測在預應力鋼筋混凝土T梁靜載實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了有限元模型并進行計算。計算結(jié)果的變形模式和應變分布與光纖檢測的結(jié)果吻合良好，驗證了光纖智能筋對預應力鋼筋混凝土梁健康檢測的可靠性。

關(guān)鍵詞：光纖;健康檢測;鋼筋混凝土;有限元

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安全檢測方法，不但對結(jié)構(gòu)進行實時監(jiān)測，還可能對結(jié)構(gòu)造成破壞。為改進傳統(tǒng)的方案，越來越多的研究者和工程人員將光纖傳感技術(shù)應用于結(jié)構(gòu)工程檢測領(lǐng)域， 以檢測結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度、應力、應變及由外部荷載引起的損傷。先是歐美等工業(yè)發(fā)達國家將光纖傳感技術(shù)應用于結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控[1]，隨后，我國工程人員研究也成功地將其應用于土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測，并取得了一定的研究成果[2-5]。預應力鋼筋混凝土梁靜載實驗，即是通過對梁體直接加載并利用各種試驗儀器來檢測梁體的應變和撓度，從而確定梁體在外力作用下所發(fā)生的變化和梁體的整體工作狀態(tài)的。本文在已完成實驗的基礎(chǔ)上進行了有限元數(shù)值模擬工作。有限元數(shù)值模擬工作一方面是對試驗結(jié)果的驗證，另一方面，通過數(shù)值模擬，在證明模擬結(jié)果的正確的前提下，改變參數(shù)，可將試驗結(jié)果外推，可以得到試驗無法得到的結(jié)果，從而為制定相關(guān)標準、規(guī)范提供參考。

1 計算模型

按鋼筋模擬方法的不同，鋼筋混凝土有限元模型可分為組合式、整體式和分離式三種模型。本文采用了分離式建模方案，即鋼筋和預應力筋都單獨建模，通過CP（結(jié)點耦合）與混凝土單元連接在一起。Solid65單元模擬混凝土的單元。模擬鋼筋、預應力鋼筋選用了Link180單元。本文的計算沒有考慮混凝土的開裂及鋼筋的塑性，將整個計算控制在彈性范圍內(nèi)。

將T梁的左端底部進行X，Y，Z方向的位移約束，右端進行X，Y方向的位移約束。在梁的上部沿對稱軸的1/4和3/4處分3級加載到16X104 N。

2 計算結(jié)果及分析

各級加載后的整體變形梯度是類似的，下圖1是加載16 X104 N時候的整體變形圖。

從圖中可以看出，越靠近中部的地方，變形越大，這與實驗結(jié)果比起吻合。

下面的圖2是將梁撓度隨載荷變化的實驗的數(shù)據(jù)與數(shù)值計算數(shù)據(jù)進行比較。

從圖中可以看出，但載荷在24噸以下時候，實驗數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬的結(jié)果比較吻合，但載荷進一步加大的時候，實驗數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬的結(jié)果偏差加大?？赡艿脑蚴?，但載荷偏小的時候，鋼筋混凝土梁處于彈性階段，計算中的彈性本構(gòu)關(guān)系滿足實際情況，而載荷加大后，混凝土發(fā)生小裂紋，鋼筋處于塑性階段，以及混凝土與鋼筋可能發(fā)生滑移等。

對比相同載荷作用下，跨中應變的變化，實驗數(shù)據(jù)對比數(shù)值計算的數(shù)據(jù)普遍偏大，但實驗數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果在同一數(shù)量級上。從應變的變化規(guī)律上看，數(shù)值模擬的結(jié)果靠近上下端面的應變大，中間位置的應變下。與理論分析的情況比較吻合。

3 結(jié)論

應用大型通用有限元軟件ANSYS對T梁進行分離式實體建模并計算，將計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)對于T梁的整體撓度與應變，跟實驗千分表數(shù)據(jù)吻合良好。本文的計算結(jié)果表明應用光纖智能筋對預應力鋼筋混凝土梁健康檢測是有效可靠的。

參考文獻

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