严俐婉

摘   要：本文以某无粘结预应力混凝土梁静力试验为例，通过对无粘结预应力混凝土梁以及普通的钢筋混凝土梁进行拟静力试验，探索无粘结预应力混凝土结构的抗震性能。所有试验都是在国家相关标准以及规定之下进行，试件的选择也都符合常规试验标准，两种混凝土梁的数量分别是3和1。本试验使用混合加载模式，在实验结果的基础上通过Open  Sees平台进行数值建模，从而进行有限元分析，通过实验结果和分析数据来对预期设想进行进一步的证明，以便对无粘结预应力混凝土梁的抗震性能有更加详细具体的试验支撑。

关键词：无粘结预应力混凝土梁;拟静力实验;有限元分析

随着我国经济水平和社会各个方面的不断进步，土木建设工程不断增多，而无粘结预应力混凝土结构也凭借自身的优点在土木工程建设中得到越来越多的应用，其大跨以及优秀的抗裂性是被广泛使用的重要原因。全面深入地了解无粘结预应力混凝土梁，在當前土木工程建设中已成为重中之重，只有对无粘结预应力混凝土梁有更加全面、更加深入的认知，才能在实际土木工程的建设中选择更加合适的混凝土梁。

在对无粘结预应力混凝土梁的抗震性能进行研究时有两种研究手段可以选择。一种是实验研究，这种研究手段在使用过程中一般都会花费较高的成本，并且在实际使用时很容易受到客观条件的影响和限制，从而影响实验效果。另一种研究手段是数值分析。这两种研究手段在土木工程中越来越显示出其自身作用。二者在现阶段自身都还存在着不足，所以，在对无粘结预应力混凝土梁进行拟静力实验的时候，一般是将两种实验手段结合，二者不可分割。本课题在进行试验时选定了4根混凝土梁并且进行拟静力实验，通过对其各方面的抗震性能进行研究，并且将无粘结预应力混凝土梁与普通的钢筋混凝土梁进行对比，然后再在Open Sees平台上对其进行数据建模，最终完成预期实验目标。

1    无粘结预应力混凝土梁拟静力试验

首先是实验阶段，只有按照国家标准开展相关具体实验并且得出实际的实验数据，才能对后续的平台数据建模提供数据支撑，而本课题在进行实际写作时借鉴了某高校的一次实验过程。

1.1  试件设计及加载制度

本试验一共有4根混凝土梁，分别是3根无粘结预应力混凝土梁Y1、Y2、Y3，以及普通的钢筋混凝土梁，将其编为P。这些混凝土梁的截面数据等都是按照常规标准选定，而混凝土梁的混凝土强度为C40，施工方法是后张法。实验中由千斤顶来完成具体的荷载效果，在进行具体的实验时由钢分配梁传递（见图1～2）。最后其加载制度的设定为力和位移共同作用所完成的混合加载。在进行试验过程中，加载工作一律按照常规标准和相关规定进行，得到的加载制度曲线图如图3所示。

1.2  拟静力实验混凝土梁破环形态

通过对相关实验资料的调查，最终得出在经历上述试验之后加入试验的混凝土梁被破坏主要有以下3个阶段。首先，在加载制度开始的时候跨中纯弯断产生了裂缝，紧接着，混凝土梁的弯剪受力区会产生裂纹。随着裂缝的不断扩展，其数目会在到达一定程度之后停止增长，但是原先的裂缝会逐渐扩展并且最终贯通。随着裂缝的贯通，钢筋最终屈服。最后，跨中区域的混凝土在荷载效果作用下逐渐被压碎，混凝土梁遭到破坏。

1.3  试验结果对比

通过对试验资料的调查能够发现，在对4根混凝土量进行拟静力试验之后可以总结出以下几点。（1）无粘结预应力混凝土梁在实验中与普通的钢筋混凝土梁对比显示出更高的强度，但是在延性方面显示出不足，这两点主要表现在试验中无粘结预应力混凝土梁能够承受更加极限的荷载，而极限位移与钢筋混凝土梁对比的话较小。（2）从对比结果中看出，在其他条件相同时，预应力与混凝土梁的极限位移成反比，其延性也就越差。（3）实验数据表明，预应力混凝土梁的耗能与其非预应力筋的配置密切相关，在配置之后能够有效提高其抗震性。

从对比结果中能够看出，无粘结预应力混凝土梁与常规的钢筋混凝土梁对比试验显示出较差的抗震性，而无粘结预应力混凝土梁的抗震性与预应力度等方面有着密切的关系。

2    数值建模分析

单纯的拟静力试验自身存在缺点，所以，需要结合数据分析进行补足，针对其拟静力试验的数据建模具体过程后面将提到。

2.1  数值建模

在对无粘结预应力混凝土梁进行建模时采用的是Open Sees平台，作为一个有限元分析平台，Open Sees在建模方面显示了自己的优势。但是由于无粘结预应力混凝土梁中的构成不满足应变协调，所以，在进行数值建模的时候单独进行考量。在进行数值建模时要注意到箍筋的效果，实际操作中，应考虑其约束力，以免混凝土部分出现误差，箍筋作为界限将其分为两个不同的部分，分别是保护层和核心。在进行实际的建模时，还要对预应力钢筋和混凝土二者之间的耦合进行考虑。

2.2  本构模型的影响作用

在当前情况下，本构模型已经发展成熟，本课题主要分析其数值的影响作用。首先，从数值整体来看，还存在着一定的误差。但是这些误差还在可控阶段，对于整个工程来说不会造成太大影响。其次，当钢筋本构条件一定，对混凝土本构实行变化控制，就能取得较好的模拟结果。最后，如果混凝土本构保持一定，对钢筋本构进行可控变化时，滞回曲线与预期实验效果更加吻合。

3    试验研究与数值分析所得结果

无论是试验手段还是数据分析都存在着自身的缺陷，由于受到环境以及各种条件的限制，在运用单种手段时很难得出最佳的对比结果，并且在成本控制方面难以做到最好，所以，将数值分析和试验结果进行结合是研究无粘结预应力混凝土梁最佳的方式。

在经过了拟静力试验以及Open Sees平台的数值建模之后，通过二者的结合分析，本文得出了以下的结果。首先，在混凝土梁的强度方面，非预应力混凝土梁较差一，但是却能够展示出较好的延性。作为其参照物，预应力混凝土梁有着较高的强度和较差的延性。从试验数据滞回曲线中能够发现其产生了捏拢效应，这就表示预应力混凝土梁的耗能较非预应力混凝土梁弱。其次，常规的钢筋配置对于预应力混凝土梁在力学性能方面有着明显的影响，如果将非预应力钢筋像试验中一样配置到预应力混凝土梁中，那么对于无粘结预应力混凝土梁的抗震性会有明显的提升效果，相应的结果是延性降低，但是在抗震性和能耗方面能够提升预期效果。

4    结语

本课题主要对无粘结预应力混凝土梁进行拟静力试验有限元分析，试验是采用3根无粘结预应力混凝土梁以及一根常规的钢筋混凝土梁，荷载是由千斤顶完成，有限元分析是在Open Sees平台进行数值建模。通过拟静力试验和数值建模，得出以下结论。

常規状态下钢筋混凝土梁的强度和抗震性大于无粘结预应力混凝土梁，但是加入非预应力筋之后，其抗震性能够得到明显提升，并且在其他条件一定的情况下大于常规钢筋混凝土梁。混凝土梁的延性以及耗能会随着非预应力钢筋的配置而产生变化。

针对以上这些试验和分析结果得出：（1）在实际的土木工程建设中，进行混凝土梁选择的时候一定要具体地考量，从而选择出最适合自身工程的混凝土梁，以便在混凝土梁的强度和抗震性、延性等方面满足实际土木工程建设的要求，对于整个工程的建设产生实际的推动效果。（2）在进行相关研究的时，不仅要通过单纯的试验手段对目标进行分析，还需要通过数值分析等其他手段对自己的试验结果进行印证，从而保证所得结果的精确性。（3）通过试验得出的关于无粘结预应力混凝土梁抗震性以及强度的相关数据，虽然有着极大的可信性，但是在进行实际施工的时候还是要对现场情况进行勘测，从而判断现场的施工条件和环境条件是否符合无粘结预应力混凝土梁的使用条件。

本文通过对无粘结预应力混凝土梁和常规的钢筋混凝土梁进行对比试验，得出了关于两者之间的强度、延性、抗震性等方面的对比数据，这些数据以及结论在进行施工选择和相关研究的时候有一定的参考价值。

[参考文献]

[1]李克杰，陶清林.型钢混凝土柱骨架曲线特征点计算方法研究[J].安徽工业大学学报（自然科学版），2013，30（1）：71-77.

[2]郭宗明，张耀庭，卢杰志，等.基于纤维单元的预应力混凝土构件非线性有限元分析模型研究[C].厦门：全国工程会议，2015.

[3]汪训流，叶列平，陆新征.往复荷载下预应力混凝土结构的数值模拟[J].工程抗震与加固改造，2006，28（6）：25-29.

[4]李笑然，王元丰，钟 铭，等.基于Open Sees的钢筋混凝土桥墩抗震性能分析[J].华中科技大学学报（自然科学版），2011，39（8）：49-52.