预应力自密实再生混凝土梁受弯性能有限元分析

摘要

【目的】随着建筑行业对资源循环利用和可持续发展的需求增加，再生骨料在混凝土结构中的应用已成为研究热点。然而，再生骨料的力学性能与天然骨料存在差异，其自身抗拉强度、弹性模量低及脆性高等缺点不可避免地会对预应力自密实再生混凝土(PSRC)梁的受弯性能产生显著影响。为明确再生骨料在PSRC梁中应用的可行性，讨论分析了PSRC梁和预应力普通混凝土(PNC)梁的受弯性能差异。【方法】采用有限元分析方法进行研究，首先基于ABAQUS软件建立了PSRC梁和PNC梁有限元模型，通过对比模拟试件和试验试件的破坏形态、荷载挠度曲线以及极限荷载来验证建立模型的正确性和可靠性。其次在模型验证的基础上，对PSRC梁和PNC梁的开裂荷载、极限挠度、受弯承载力及受拉钢筋应变等性能指标进行了系统对比分析。最后基于受拉钢筋在开裂处的最大应变和平均应变模拟值，修正了受拉钢筋的不均匀系数，建立了PSRC梁最大裂缝宽度的计算式，并验证了其适用性和准确性。【结果】在相同配筋率下，PSRC梁较PNC梁的开裂荷载偏小，且两种混凝土梁的抗裂性能差距会随着配筋率的增大而逐渐减小；当配筋率在0.10%～2.24%范围内时，PSRC梁的极限挠度较PNC梁偏大4.04%～19.03%,而随着配筋率的持续增大，两种混凝土梁的极限挠度差距逐渐缩小直至基本消失，即混凝土材料性能对试件变形能力的影响会随着配筋率的增大逐渐减小；PSRC梁的受弯承载力与PNC梁相差幅度不超过3%,说明再生骨料的存在对受弯承载力影响并不大；在相同荷载作用下，当混凝土出现裂缝后，PSRC梁的钢筋应变曲线略低于PNC梁，由于PSRC梁开裂时间较早，受拉区混凝土传递的拉应力由裂缝处的纵筋提前承担，导致PSRC梁开裂处受拉钢筋应变偏大。【结论】本文基于开裂处应变模拟数据修正受拉钢筋应变不均匀系数，得到了确定PSRC梁的最大裂缝宽度的新方法，通过公式推导得出新方法的建议公式，并采用建议公式和GB50010—2010规范公式对最大裂缝宽度进行计算，发现新方法的计算值和实测值吻合较好，且该计算值较GB50010—2010规范公式的计算值对最大裂缝宽度的预测更加准确，为后续规范修订提供了参考依据。

关键词

预应力 / 自密实再生混凝土梁 / 受弯性能 / 有限元 / 开裂荷载 / 钢筋应变 / 受弯承载力 / 最大裂缝宽度