体外预应力筋非线性有限元模型及其迭代算法

为了准确模拟体外预应力筋的非线性受力行为,采用理论推导和程序研制开展了体外预应力筋非线性有限元模型及其算法的研究。首先,基于体外预应力筋与转向块之间可自由滑动而导致体外预应力筋在全长范围内为常应变构件的受力特点,建立了非线性体外预应力单元研究方法。其次,以锚固块之间设置2个转向块的三段四节点平面体外筋为例,基于变分法得到应变微分与平面梁单元节点位移矩阵微分的表达式,再运用虚功原理推导出该类型体外预应力筋在结构坐标系下具体的非线性切线刚度矩阵。然后,结合常规的平面线弹性梁单元,提出了适用于结构分析的体外预应力梁非线性分析方法和计算程序。最后,对2个简支体外预应力梁算例进行了数值分析,其中算例1进行了本研究方法、Abaqus软件计算以及静载试验实测值的对比分析,算例2进行了线性与非线性的对比分析。结果表明:在算例1中,2种方法得到的计算值均与实测值吻合良好,相对而言,前一种方法建立有限元模型更简单,且更能准确体现体外预应力筋的受力特点;在算例2中,体外预应力梁的受力行为很容易表现出非线性特征,且非线性对体外筋轴力比对节点位移的影响较大,体外预应力结构受力分析时考虑非线性是很有必要的。