預(yù)應(yīng)力筋與鋼筋網(wǎng)片的局壓承載力研究*

尹新生 李 浩

(吉林建筑大學(xué)寒地綠色建筑技術(shù)工程中心,長(zhǎng)春 130118)

混凝土局部受壓一直廣泛存在于工程建設(shè)當(dāng)中.例如,規(guī)范中砌體結(jié)構(gòu)的局壓,地基基礎(chǔ)的柱局壓,出現(xiàn)在大體積預(yù)應(yīng)力后張法的錨固端等，這些都對(duì)結(jié)構(gòu)正常使用的相關(guān)計(jì)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(yù)應(yīng)力筋與鋼筋網(wǎng)片以增加強(qiáng)度,提升試塊的局壓承載力[1]，以經(jīng)濟(jì)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(nèi)植入預(yù)應(yīng)力筋的模擬結(jié)果

圖1 C30混凝土本構(gòu)關(guān)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(gòu)關(guān)系曲線見(jiàn)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(diǎn)處施加均布荷載,具體模型見(jiàn)圖2,圖3.為了對(duì)比預(yù)應(yīng)力筋不同位置時(shí)的承載力,兼顧施工過(guò)程中的實(shí)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(yù)應(yīng)力筋,植入的預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量為3組,上下間距為50mm,采用降溫法模擬,設(shè)置結(jié)束后開(kāi)始模擬計(jì)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(fù)平移并模擬計(jì)算,最后模擬出預(yù)應(yīng)力筋位置與極限承載力的曲線關(guān)系(如圖5).由于ansys裂縫開(kāi)展圖形模糊,在預(yù)應(yīng)力筋距頂部為50mm時(shí)的試塊裂縫cad模擬見(jiàn)圖6.距模型頂端為250mm的裂縫cad模擬見(jiàn)圖7.

圖3 素混凝土截面圖 圖4 植入的預(yù)應(yīng)力筋 圖5 預(yù)應(yīng)力筋與極限承載力折線圖

圖6 距頂端50mm時(shí)裂縫開(kāi)展圖

圖7 距頂端250mm時(shí)裂縫開(kāi)展圖

2 素混凝土內(nèi)植入鋼筋網(wǎng)片的模擬結(jié)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(yù)應(yīng)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(shè)置結(jié)束后開(kāi)始模擬計(jì)算,求出極限荷載,然后將5片鋼筋網(wǎng)片整體向下平移,計(jì)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(shí)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(jié)論與展望

通過(guò)簡(jiǎn)單的闡述,可以得出,在局壓素混凝土中植入預(yù)應(yīng)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(duì)比可以看出,預(yù)應(yīng)力筋的布置越靠近頂端承載力越高,遠(yuǎn)離頂端承載力逐漸越低,說(shuō)明承擔(dān)局部壓力部位主要是試塊的上部一定區(qū)域；

(2) 對(duì)比裂縫圖可知,當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋與鋼筋網(wǎng)片在上部約束住混凝土試塊時(shí),裂縫的開(kāi)展被限制,遠(yuǎn)離試塊頂端時(shí)裂縫成“Y”字型大幅度開(kāi)展,植入的預(yù)應(yīng)力筋與鋼筋網(wǎng)片沒(méi)有對(duì)該部位裂縫起到限制作用[4];

(3) 對(duì)比圖5與圖9的總折線圖得到圖12,可以看出在預(yù)應(yīng)力筋用鋼量略少于鋼筋網(wǎng)片的情況下,預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋的曲線平滑,沒(méi)有大的折點(diǎn),規(guī)律性強(qiáng).由此可以得知,當(dāng)進(jìn)行大體積的混凝土施工過(guò)程中,要限制結(jié)構(gòu)的局壓破壞,可以采用植入預(yù)應(yīng)力筋的方法,但如果考慮到施工問(wèn)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(dá)到經(jīng)濟(jì)性與實(shí)際施工便利的雙重目的.

參 考 文 獻(xiàn)

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

[2] 葉裕明,劉春山.ANSYS土木工程應(yīng)用實(shí)例[M].北京:中國(guó)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(wèn)題[J].低溫建筑技術(shù),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.