预应力筋与钢筋网片的局压承载力研究*

尹新生 李 浩

(吉林建筑大学寒地绿色建筑技术工程中心,长春 130118)

混凝土局部受压一直广泛存在于工程建设当中.例如,规范中砌体结构的局压,地基基础的柱局压,出现在大体积预应力后张法的锚固端等，这些都对结构正常使用的相关计算提出了很大要求.本文模拟在试件混凝土的不同位置植入预应力筋与钢筋网片以增加强度,提升试块的局压承载力[1]，以经济性与施工便利为前提,寻求一种提高混凝土局压承载力的方法.

1 素混凝土内植入预应力筋的模拟结果

图1 C30混凝土本构关系曲线 图2 素混凝土试块立面图

本文采用ANSYS有限元软件模拟.钢筋取弹性模量为200 000N/mm2,泊松比为0.3,采用C30混凝土,取弹性模量为13 585N/mm2,泊松比为0.2,本构关系曲线见图1,试块模型:断面为500mm×500mm,高度为800mm;局压面取100mm×100mm[2],受力形式为中心轴向受压,并在中心节点处施加均布荷载,具体模型见图2,图3.为了对比预应力筋不同位置时的承载力,兼顾施工过程中的实际情况,采用在距混凝土模型顶部50mm，100mm，150mm.200mm,250mm处植入如图4形式的直径9.5mm的1×7股预应力筋,植入的预应力筋数量为3组,上下间距为50mm,采用降温法模拟,设置结束后开始模拟计算.多次加荷求出极限荷载,然后将三片钢筋网片整体向下平移50mm,重复平移并模拟计算,最后模拟出预应力筋位置与极限承载力的曲线关系(如图5).由于ansys裂缝开展图形模糊,在预应力筋距顶部为50mm时的试块裂缝cad模拟见图6.距模型顶端为250mm的裂缝cad模拟见图7.

图3 素混凝土截面图 图4 植入的预应力筋 图5 预应力筋与极限承载力折线图

图6 距顶端50mm时裂缝开展图

图7 距顶端250mm时裂缝开展图

2 素混凝土内植入钢筋网片的模拟结果

采用相同的试块模型,模拟方式采用ANSYS分离法建模,为了寻找最优的钢筋网片植入位置,采用和预应力筋大致相同的钢筋量,同样在距混凝土模型的柱顶为50mm,100mm,150mm,200mm,250mm处植入如图8形式的直径为6mm的钢筋网片5片,植入的钢筋网片的上下间距为50mm.设置结束后开始模拟计算,求出极限荷载,然后将5片钢筋网片整体向下平移,计算出极限承载力做出整体模拟曲线[3](如图9).用cad模拟绘制如下,其中,在钢筋网片距顶部为50mm时的试块裂缝情况如图10.距顶部为250mm的裂缝情况如图11.

图8 植入的钢筋网片

图9 钢筋网片与极限承载力折线图

图10 距顶部距离50mm裂缝模拟图

图11 距顶部距离250mm裂缝模拟图

3 结论与展望

通过简单的阐述,可以得出,在局压素混凝土中植入预应力筋钢筋网片组可大幅度提高其极限承载力,但在不同位置的钢筋网片组发挥的效力也不尽相同,其中:

(1) 从图5与图9的对比可以看出,预应力筋的布置越靠近顶端承载力越高,远离顶端承载力逐渐越低,说明承担局部压力部位主要是试块的上部一定区域；

(2) 对比裂缝图可知,当预应力筋与钢筋网片在上部约束住混凝土试块时,裂缝的开展被限制,远离试块顶端时裂缝成“Y”字型大幅度开展,植入的预应力筋与钢筋网片没有对该部位裂缝起到限制作用[4];

(3) 对比图5与图9的总折线图得到图12,可以看出在预应力筋用钢量略少于钢筋网片的情况下,预应力筋的承载力是高于钢筋网片的.

从图10可以看出承载力曲线预应力筋的曲线平滑,没有大的折点,规律性强.由此可以得知,当进行大体积的混凝土施工过程中,要限制结构的局压破坏,可以采用植入预应力筋的方法,但如果考虑到施工问题或者混凝土试块体积较小,可以考虑在植入钢筋网片的方法,从而达到经济性与实际施工便利的双重目的.

参 考 文 献

[1] 阴寅宏,杨德健,王玉良.配置高强箍筋混凝土柱承载力数值分析[J].河北工程大学学报(自然科学版),2011(2):28-33.

[2] 叶裕明,刘春山.ANSYS土木工程应用实例[M].北京:中国水利水电出版社,2005:185-200.

[3] 杨熙坤,杨 冰,孟凡石.混凝土及钢筋混凝土局部承压若干问题[J].低温建筑技术,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.