含裂缝预应力钢筋混凝土梁的有限元分析及损伤识别

摘要

随着经济建设和社会的快速发展，各种高耸、大跨度结构层出不穷。由于其特有的受力特点，各种预应力混泥土结构被大量、广泛地采用。在长时间的服役过程中，由于荷载、疲劳、腐蚀、老化及环境等因素的影响，预应力结构不可避免地会产生损伤积累、抗力衰减、严重时甚至引发灾难性突发事故。因此，准确、有效地检测和识别预应力结构中的损伤，不仅有重要的工程实用价值，也是结构健康检测技术中有待进一步研究的重要理论课题。基于振动的方法已成功用于普通钢筋混凝土结构的损伤检测，这种方法建立在损伤前后结构动力特性的变化基础上。与普通钢筋混凝土结构相比，力筋预应力的大小、力筋的刚度、力筋的布置会影响结构的动力特性；另外，结构中裂缝发生的位置也会直接影响结构的动力响应。研究预应力大小、裂缝位置、力筋布置等对结构振动特性的影响，对结构的损伤检测有重要的理论意义。
　　 本文阐述了预应力和模态计算的原理、方法和步骤，模态振型的损伤识别原理，并运用ANSYS有限元软件，计算和分析了力筋预应力大小、裂缝位置、力筋布置方式、裂纹倾角等对梁自振频率的影响，以及基于模态的损伤识别。有限元分析结果表明：钢筋混凝土中力筋预应力、体裂缝、布筋方式、裂纹倾角等对简支梁自振频率都存在一定的影响，且运用模态能较好的对结构损伤进行识别。这些结果对预应力梁结构中裂纹的检测有一定的参考价值。