有限元分析中钢筋混凝土梁的预应力模拟

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prestress hold 进行实现。
到的预应力是600 ，因此这也反映出rebar施加
4 不同方法计算结果的比较
初始应力法和初始应力法都相当于赋予预应力钢
图 2 示出了计算结束时，不施加预应力荷载及 筋一种初始条件。
从图5可以看出，虽然施加的预应力都是600 ， 前面两种方法适合用于先张法的模拟，而后面一种
但 在 计 算 开始 时 ， 用 降温 法 所 得 到的 预 应 力 是 方法用于模拟后张法。
0 ，而初始应力法和rebar施加初始应力法所得
（a） 降温法
（b） 初始应力法
（c） rebar施加初始应力法
0 0
‐4
‐8
‐12
2000
图 2 竖向挠度云图
梁轴向(mm)
4000 不施加预应力 降温法 初始应力法 rebar施加初始应力法
竖向挠度(mm)
‐16
‐20
（d） 不施加应力
6000
8000
图 3 竖向挠度曲线图
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分析知：用降温度法和初始应力法施加预应力时， 2 Hibbitt，Karlson，Sorenson.ABAQUS Verson 6.7：theory manual，
所得到的预应力效果相同，相当于先张法，而rebar
user ， manual ， verification manual and example problems
1 式中： —施加的温度；
—预应力钢绞线的弹性摸量； —材料的线膨胀系数；
—预应力钢绞线的面积； —预加力的大小。 （b）初始应力法 初始应力法与降温法相类似，只是形式上有所 不同，其实质是一样的，初始应力法即在预应力钢 筋上施加初始预应力。 （c）rebar 施加初始应力法 rebar 施加初始应力法与上述两种方法不同， 钢筋不是由杆单元模拟，而是通过创建一个具有钢 筋属性的几何面，网格划分时选取几何面的单元种 类为 surface，然后通过关键词 Initial conditions 及
【关键词】有限元 ABAQUS 预应力模拟
1 引言
当梁的跨度或荷载较大时，其变形和裂缝宽度
可能无法满足正常使用要求，研究和工程经验表明，
使用预应力技术能较好地解决上述问题，同时还可
增加梁的弹性工作范围，提高承载力，充分利用材
料性能，从而降低结构高度、减轻自重、减小地震
作用，增加强度储备，延长使用期限 1 ，因此预应
果相同，而用 rebar 施加初始应力法所得到的有效 预应力相比与降温法和初始应力法，其预加力效果
结果；而预应力钢筋的应力和初始施加的600 相比较，发生了变化，在跨中处，预应力钢筋的应
要小。
力增大，而在梁端处，预应力钢筋的应力减小，而
图4、5分别为用上述不同方法施加预应力荷载， 用rebar施加初始应力法施加预应力，即使在外荷载 在计算开始和计算结束时预应力钢筋的应力云图。 的作用后，预应力钢筋的预应力值维持不变，所以
果相同而用rebar施加初始应力法所得到的有效图45分别为用上述不同方法施加预应力荷载ompa而初始应力法和rebar施加初始应力法所得crebar施加初始应力法到的预应力是600mpa因此这也反映出rebar施加力效果是相同的这也再次应证了图3中所得到的用rebar施加初始应力法施加预应力即使在外荷载crebar施加初始应力法本文通过abaq，
在外荷载的作用后，预应力钢筋的应力如图6
图 3 为与图 2 对应的沿跨度方向竖向挠度曲线图。 从图 3 可以看出，预应力的施加均使梁跨中的
挠度减小，降温法和初始应力法所得到的预加力效
所示；比较降温法和初始应力法，从中可以看出用 降温法和初始应力法来施加预应力所得到的预加 力效果是相同的，这也再次应证了图3中所得到的
量 3.0 10 /mm ；梁顶缘和底缘分别设置
四根直径为20 的二级钢筋，并在沿梁高方向左
右两边各设置两根直径12 的二级钢筋，箍筋采
用直径10 的一级钢筋，取钢筋的弹性模量为 2.1 10 / ，预应力钢筋以直线的形式
布置在梁底缘，共设置 4 根，直径为15.2 。在
梁的跨中施加1200 的集中荷载，并对预应力钢
筋施加600 的预应力，均施加在荷载步
1
中，图 1 示处了简支梁的有限元模型。
对于混凝土采用实体单元 C3D20R，普通钢筋
采用桁架单元 T3D2；边界条件为：约束梁一端的
平动自由度，而另一端只约束竖向自由度。
3 ABAQUS 中常用的预应力模拟方法
ABAQUS通用有限元软件中，常用的有限元模
拟方法有：降温法、初始应力法以及rebar施加初始
施加初始应力法相当于后张法。
manual.Hibbitt，Karlson，Sorenson Inc，2007.■
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应力法 2 。
（a）降温法
陈宜言，深圳市市政设计研究院有限公司，教授级高工 地址：深圳市笋岗西路 3007 号市政设计大厦附楼，518029 电话：83324956
（a） 整体有限元
（b） 钢筋骨架 图 1 有限元模型
降温法其工作机理就是通过设置材料的线膨 胀系数，并对索单元进行降温，从而达到施加预应 力的目的，所施加的温度荷载可以通过下式求得：
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有限元分析中钢筋混凝土梁的预应力模拟
陈宜言 林松 尧国皇
（深圳市市政设计研究院有限公司）
【摘要】通过ABAQUS软件对钢筋混凝土梁的预应力进行模拟，通过计算结果进行比较分析知：用降温度 法和初始应力法施加预应力时，所得到的预应力效果相同，相当于先张法，而rebar施加初始应力法相当 于后张法。
力钢筋混凝土梁得到广泛应用，本文将采用通用有
限元软件 ABAQUS 中不同的方法对钢筋混凝土梁的
预应力进行模拟，并探讨不同计算结果之间的区别。
2 有限元模型
对 一 跨 度 为 8000 ， 截 面 高 800 ， 宽
400 的预应力钢筋混凝土简支梁进行弹性分析，
其目的主要是探讨 ABAQUS 中不同预应力模拟方法 之间的区别。混凝土取为 C30，按规范取其弹性模
（a） 降温法
（a） 降温法
（b） 初始应力法
（b） 初始应力法
（c） rebar layer 法 图 4 计算开始时预应力钢筋的应力云图
900
（c） rebar 施加初始应力法 图 5 计算结束时预应力钢筋的应力云图
预应力钢筋应力(MPa)
800
降温法 700
初始应力法 rebar施加初始应力法 600
500 0
1000
2000
3000
4000
梁轴向(mm)
5000
6000
7000
8000
图 6 预应力钢筋的曲线图
5 结论
参考文献：
本文通过ABAQUS软件对钢筋混凝土梁的预应
1 聂建国，陶慕轩.预应力钢—混凝土连续组合梁的承载力分析 J .土木
力进行模拟，通过对所得到的预应力效果进行比较 工程学报2009，42（4）：38‐47.