【摘要】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑、交通基礎(chǔ)設(shè)施中發(fā)揮著不可替代的作用。由于組成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土和鋼筋本身均為非線性材料,且大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)都是帶裂縫工作的,另外既有的混凝土結(jié)構(gòu)由于內(nèi)部損傷的累積、徐變收縮、老化、環(huán)境溫度等的影響,其非線性更加突出。本文參照桿系結(jié)構(gòu)有限元分析理論,以纖維梁模型為基礎(chǔ),提出了基于十三自由度纖維梁模型的混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析理論。以混凝土箱梁為例,對(duì)其在環(huán)境與荷載耦合作用下考慮時(shí)間效應(yīng)的非線性行為進(jìn)行了理論研究,其主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)基于Euler-Bernoulli梁?jiǎn)卧碚?在經(jīng)典的十二自由度空間梁?jiǎn)卧獥U系模型基礎(chǔ)上,從單元的中間位置增加一個(gè)節(jié)點(diǎn),引入了第十三個(gè)附加的軸向位移自由度。首先根據(jù)虛位移原理,推導(dǎo)出了基于構(gòu)件的十三自由度纖維梁模型的單元?jiǎng)偠染仃�。然后根�?jù)靜力凝聚法,引入非力學(xué)應(yīng)變,對(duì)十三自由度單元?jiǎng)偠染仃囘M(jìn)行了處理。最后基于Newton-Raphson迭代法,并考慮時(shí)間效應(yīng)的影響,通過(guò)MATLAB編程求解單元平衡方程組,提出了基于十三自由度纖維梁模型的混凝土結(jié)構(gòu)非線性研究理論。(2)為了驗(yàn)證本文提出的十三自由度纖維梁模型理論的正確性,以既有學(xué)者做過(guò)的箱梁試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑槔?根據(jù)本文方法對(duì)其進(jìn)行了全過(guò)程非線性行為研究,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析可知:根據(jù)本文方法得到的箱梁跨中荷載-撓度曲線、受拉側(cè)鋼筋的荷載-應(yīng)力曲線和荷載-應(yīng)變曲線分別與模型試驗(yàn)值相比趨勢(shì)一致,誤差較小,曲線吻合良好,證明了本文提出的十三自由度纖維梁模型理論是正確的,本文方法對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的非線性研究具有較高的精度。(3)以我國(guó)250km/h無(wú)砟軌道32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁為例,研究了箱梁在長(zhǎng)期環(huán)境與荷載耦合作用下的非線性力學(xué)性能及其演變規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),根據(jù)本文方法得到的箱梁跨中荷載-撓度曲線完全符合受彎構(gòu)件的全過(guò)程受力特性與破壞形態(tài),且箱梁有足夠的安全儲(chǔ)備。將荷載-撓度曲線與規(guī)范解對(duì)比發(fā)現(xiàn),由本文方法得到的開(kāi)裂荷載、開(kāi)裂撓度和極限荷載與規(guī)范值相比誤差均在9%以內(nèi),但極限撓度誤差達(dá)到了77%,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重視。(4)研究了預(yù)應(yīng)力筋配筋率、預(yù)應(yīng)力筋張拉系數(shù)、非預(yù)應(yīng)力筋、加載方式、使用年限等對(duì)箱梁非線性受力性能的影響,研究發(fā)現(xiàn):隨著配筋率的增大,箱梁的承載能力有所提高,但延性性能變差;在同一荷載水平下,箱梁的承載能力隨著預(yù)應(yīng)力筋張拉系數(shù)的增大而提高,延性性能隨著張拉系數(shù)的增大變差;不同加載方式下箱梁的荷載-撓度趨勢(shì)是一致的,但其承載力大小不同,尤其是變形性能相差較大;隨著使用年限的增加,箱梁的承載能力降低,跨中撓度增大,延性性能變差。(5)為了分析本文提出的梁跨中彎矩-撓度四折線簡(jiǎn)化計(jì)算模型的合理性,以模型試驗(yàn)為例對(duì)其進(jìn)行非線性分析可知,由簡(jiǎn)化計(jì)算方法得到梁跨中彎矩-撓度關(guān)系與文獻(xiàn)試驗(yàn)解趨勢(shì)一致,其彎矩和撓度值與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,所以本文提出的彎矩-撓度簡(jiǎn)化計(jì)算模型是合理的。
【圖文】：

- 33 -圖 2.9 MATLAB 計(jì)算流程圖小結(jié)先介紹了纖維梁?jiǎn)卧碚�，以及纖維梁模型的研究現(xiàn)狀和優(yōu)點(diǎn)論，引出了本文提出的十三自由度纖維梁?jiǎn)卧�。根�?jù) Euler-Berno基于截面的纖維梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠染仃�，然后從位移插值函�?shù)入手，確

圖 5.2 彎矩-撓度簡(jiǎn)化模型計(jì)算流程圖例1]中的三個(gè)鋼筋混凝土箱梁為例，采用本文提出的彎矩-撓度 點(diǎn)彎矩-撓度關(guān)系，并與文獻(xiàn)試驗(yàn)中彎矩等效后的彎矩-撓度由于該箱梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不存在預(yù)應(yīng)力鋼筋，所以得。.3~圖 5.5 的彎矩-撓度關(guān)系，，將簡(jiǎn)化計(jì)算方法得到的開(kāi)裂點(diǎn)、彎矩和撓度值與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表 5.1，誤差定義見(jiàn)式（5.1= 100簡(jiǎn)化計(jì)算解-文獻(xiàn)試驗(yàn)解誤差文獻(xiàn)試驗(yàn)解
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U441

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本文編號(hào)：2698406