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钢束模拟方法与预应力损失
创建者:吕良,编辑者:张志国,最近更新:2020/12/24 11:39:00

问题描述:

       如下图所示,两个完全相同的预应力混凝土简支梁,左侧模型中的钢束采用荷载模拟,右侧模型则采用单元模拟。对钢束施加相同的预应力,两者均未考虑预应力损失。请问,采用荷载和单元模拟预应力钢束时,二者引起的构件轴向变形为什么略有不同呢?

解答:

       在定义钢束的荷载时需要定义预应力钢束的损失。程序中钢束损失可分为两类:(1)摩擦及锚固损失,(2)其他损失。关于这两类损失的详细介绍,请查看知识库文档《SAP2000中预应力钢束的定义流程》。

       无论是采用单元或是荷载模拟预应力钢束,程序均会考虑这两部分的预应力损失。不同的是,当采用单元来模拟预应力钢束时,程序会依据结构变形及混凝土的时变属性自动计算弹性收缩、徐变、混凝土收缩以及应力松弛引起的预应力损失。这部分由程序计算出来的损失会叠加前面两部分损失,作为钢束最终的预应力损失。

       上述问题中,虽然将预应力损失【摩擦及锚固损失】和【其他损失】参数均设为0,但是采用单元模拟预应力钢束时,程序依然计算由结构弹性收缩引起的预应力损失,因此两个模型中梁的轴向变形不同。

       对于左侧模型,钢束面积 200mm2,两端张拉力均为 10000N/mm2,无预应力损失情况下其施加预拉力为200*10000*0.001=2000KN,对应梁端的压力也为 2000KN。预应力工况下梁的轴力图如下所示,可以看到左侧模型梁端施加的预应力为 2000KN,与计算相符。

       右侧模型梁端承受的预压力为 1978.566KN,与左侧模型相差 2143.4N,该部分差值即为弹性收缩引起的预应力损失。由此可知左侧模型钢束模拟为荷载时,程序不会自动考虑弹性收缩引起的预应力损失,只能在【其他损失】中考虑。但是,以单元模拟钢束时,程序会自动计算弹性收缩引起的损失,如果在【其他损失】中也添加了弹性收缩引起的损失,那么这一部分损失会重复计算,导致结果错误。

       如果需要保证两种模拟方式的结果相同,则需要在左侧模型中考虑弹性收缩引起的预应力损失。由上述分析可知,弹性收缩引起梁端预压力的损失值为 2143.4N,因此在【其他损失】中的“弹性收缩应力”当中填入的预应力损失值为 2143.4/200=107.17N/mm2,如下图所示。注意,这里钢束损失是以单位面积计算的。


       分析完成后,再次查看梁端位移,可以看到左侧模型和右侧模型的梁端位移相同,均缩短了3.29761m。查看梁的轴力图可以看到,梁两端的轴压力均为1978.57KN,两种模拟方式等效。

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