[发明专利]一种含非弹性收缩量的预应力筋单元

说明书

技术领域

本发明属于力学领域，尤其涉及一种含非弹性收缩量的预应力筋单元。

背景技术

预应力混凝土结构在土木工程特别是桥梁工程中得到广泛使用，通过有限元数值方法准确地揭示和模拟其真实的力学状态对于预应力混凝土结构的安全性具有重要意义。

对预应力混凝土结构进行有限元法分析的关键问题是如何恰当地模拟预应力筋。目前，对于预应力筋的模拟主要有等效荷载法和实体力筋法。

等效荷载法是将预应力筋从结构中取出，用一组等效荷载代替预应力筋对混凝土的作用。这种方法的优点是可以真实地模拟预应力筋的线形和有效预应力大小，可以计入因为各种原因引起的预应力损失；其缺点是在结构受力模型中没有考虑预应力筋对结构的刚度贡献，也就是说预应力筋没有与混凝土一起参与结构的后期受力。

实体力筋法是在建模中分别用不同的单元模拟混凝土和预应力筋，通过建立预应力筋节点与混凝土单元的位移约束关系实现两者的连接和共同工作，采用降温法或初应变法模拟预应力的施加。这种方法的优点是考虑了预应力筋对结构的刚度贡献，对于先张预应力筋，可以计入混凝土弹性压缩引起的预应力损失；其缺点是：对于后张预应力筋，根据有效预应力换算的温度降低或初应变没有考虑混凝土的弹性压缩，最终的预应力与有效预应力存在差异，也就是说，难以准确地模拟有效预应力。

基于预应力筋与混凝土共同工作、共同承载的理念，本文提出一种新的预应力筋单元，既可用于模拟先张预应力筋，考虑混凝土弹性压缩引起的预应力损失，又可用于模拟后张预应力筋，准确模拟预应力筋计入各种损失后的有效预应力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含非弹性收缩量的预应力筋单元，旨在解决目前对于预应力的模拟方法不能既可用于模拟先张预应力筋，考虑混凝土弹性压缩引起的预应力损失，又可用于模拟后张预应力筋，准确模拟预应力筋计入各种损失后的有效预应力的问题。

本发明是这样实现的，一种含非弹性收缩量的预应力筋单元分为轴线坐标系下的预应力筋单元、平面坐标系下的预应力筋单元、空间坐标系下的预应力筋单元；

所述的轴线坐标系下的预应力筋单元分析如下：

设长度为l、截面积为A，材料弹性模量为E，两节点沿轴向的位移分别表示为u₁、u₂，在两节点处受到的轴向等效节点力分别表示Q₁、Q₂，已知预应力筋在荷载及非弹性收缩共同作用下的有效预应力为σ，相应的轴力为F=Aσ，则有：

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