發(fā)布時(shí)間：2017-04-11 00:50

  本文關(guān)鍵詞：基于非線性層殼理論的PC小箱梁橋極限承載力研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著吊裝施工技術(shù)的提高和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化,預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋在中小跨徑橋梁中的應(yīng)用越來越廣泛,并且其應(yīng)用跨徑還有逐漸增大的趨勢。然而目前標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)下的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土組合箱梁橋(PC小箱梁橋),主要是基于經(jīng)典橫向分布理論和截面強(qiáng)度理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,針對這種結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究和受力過程的理論分析相對較少,不利于PC連續(xù)小箱梁橋的應(yīng)用和發(fā)展。為此,本文主要以某在役四跨連續(xù)PC小箱梁橋?yàn)楸尘?在對其進(jìn)行現(xiàn)場靜力荷載試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,基于層殼等參元的基本理論,進(jìn)行了詳細(xì)的受力過程分析。給出了設(shè)計(jì)PC小箱梁橋的空間分析方法并提出該類橋型的改進(jìn)構(gòu)造設(shè)計(jì)建議,成果可為PC小箱梁橋的設(shè)計(jì)提供理論參考和工程應(yīng)用價(jià)值。主要研究內(nèi)容包括:(1)針對PC小箱梁橋這種薄壁結(jié)構(gòu)形式,介紹了基于層殼等參元的基本理論。對退化層殼等參元的單元?jiǎng)偠染仃囘M(jìn)行了推導(dǎo)。同時(shí)考慮混凝土和鋼筋材料的非線性受力行為,詳細(xì)描述了材料的本構(gòu)關(guān)系。并利用相關(guān)簡支T梁的破壞性試驗(yàn)資料,對該理論的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。(2)對某在役四跨連續(xù)PC小箱梁橋進(jìn)行了靜力荷載試驗(yàn),在考察該橋目前運(yùn)營狀態(tài)的同時(shí),利用層殼等參元的基本理論對該橋進(jìn)行建模分析,并與荷載試驗(yàn)實(shí)測值和Midas/Civil建立的桿系有限元模型計(jì)算結(jié)果對比。分析表明該橋目前總體受力狀態(tài)較好,實(shí)測撓度和應(yīng)變均小于理論計(jì)算值,但結(jié)構(gòu)在偏心荷載作用下單梁受力明顯,橫向聯(lián)系較弱。除此之外,采用層殼等參元進(jìn)行仿真分析時(shí),其精確性高于桿系單元。(3)以該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的四跨連續(xù)小箱梁橋?yàn)楸尘?對其進(jìn)行了多種荷載布置下的極限承載力分析。詳細(xì)探討了小箱梁橋在三種典型加載工況下的破壞荷載、破壞特征及關(guān)鍵截面荷載撓度曲線的變化規(guī)律。研究了PC小箱梁橋受壓區(qū)混凝土進(jìn)入塑性后的內(nèi)力重分布規(guī)律。此外,分析了PC小箱梁橋張拉控制應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力鋼束和普通鋼筋用量、箍筋用量、頂?shù)装搴穸燃案拱搴穸鹊仍O(shè)計(jì)參數(shù)對小箱梁橋承載能力的影響。為改進(jìn)PC小箱梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供科學(xué)參考依據(jù)。(4)基于“荷載橫向分布系數(shù)”的概念,研究隨施加在結(jié)構(gòu)上荷載的增加,橫向受力性能的變化規(guī)律。并考察增設(shè)跨中橫梁對PC小箱梁橋受力性能的影響。結(jié)果表明,對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)下PC小箱梁橋,其“荷載橫向分布系數(shù)”隨著結(jié)構(gòu)剛度的變化而變化,采用經(jīng)典橫向分布理論對該類型橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)并不能反映結(jié)構(gòu)真實(shí)受力狀態(tài)。增設(shè)跨中橫隔梁后,PC小箱梁橋的橫向受力性能得到了明顯改善,各主梁受力更為均勻。
【關(guān)鍵詞】：PC小箱梁橋 非線性有限元 層殼等參元 極限承載力 設(shè)計(jì)參數(shù) 橫向受力性能
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U441
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 注釋表15-17
• 第一章 緒論17-25
• 1.1 研究背景和意義17-18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-24
• 1.2.1 PC小箱梁橋現(xiàn)狀研究18-19
• 1.2.2 混凝土橋梁極限承載力現(xiàn)狀研究19-24
• 1.3 本文研究目的24
• 1.4 主要研究內(nèi)容24-25
• 第二章 層殼等參元的非線性基本理論25-39
• 2.1 經(jīng)典板殼等參單元25-26
• 2.2 退化層殼等參元的基本理論26-30
• 2.2.1 基本假定26-27
• 2.2.2 分層殼模型27-28
• 2.2.3 單元?jiǎng)偠染仃?/span>28-29
• 2.2.4 迭代收斂準(zhǔn)則29-30
• 2.3 材料的本構(gòu)關(guān)系30-35
• 2.3.1 混凝土的本構(gòu)關(guān)系30-32
• 2.3.2 鋼筋的本構(gòu)關(guān)系32-33
• 2.3.3 材料的彈塑性矩陣33-35
• 2.4 典型材料和邊界條件下結(jié)構(gòu)極限承載力的驗(yàn)證分析35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-39
• 第三章 PC小箱梁橋靜力荷載試驗(yàn)與理論對比分析39-53
• 3.1 工程概況39-41
• 3.1.1 實(shí)橋主體結(jié)構(gòu)構(gòu)造39-41
• 3.1.2 實(shí)橋的主要材料41
• 3.2 實(shí)橋靜力荷載試驗(yàn)41-47
• 3.2.1 試驗(yàn)研究內(nèi)容41-42
• 3.2.2 選取控制測試截面42-43
• 3.2.3 試驗(yàn)測點(diǎn)布置43-44
• 3.2.4 加載車輛和加載工況44-47
• 3.2.5 靜力荷載試驗(yàn)結(jié)果47
• 3.3 層殼理論有限元模型的建立47-49
• 3.3.1 材料屬性定義47-48
• 3.3.2 單元類型定義48
• 3.3.3 單元?jiǎng)澐?/span>48-49
• 3.4 靜力荷載試驗(yàn)與有限元計(jì)算結(jié)果對比分析49-52
• 3.4.1 撓度分析49-50
• 3.4.2 混凝土應(yīng)變分析50-51
• 3.4.3 橫向分布系數(shù)分析51-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第四章 PC小箱梁橋極限承載力的有限元仿真分析53-113
• 4.1 單梁極限承載力分析53-64
• 4.1.1 計(jì)算對象和工況設(shè)置53-54
• 4.1.2 分析荷載設(shè)置54-55
• 4.1.3 簡支狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的受力過程描述55-59
• 4.1.4 四跨連續(xù)狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的受力過程描述59-63
• 4.1.5 單梁結(jié)構(gòu)承載力匯總分析63-64
• 4.2 全橋極限承載力分析64-84
• 4.2.1 分析工況和荷載設(shè)置64-65
• 4.2.2 邊支點(diǎn)剪力效應(yīng)最大加載工況分析65-72
• 4.2.3 中跨跨中彎矩效應(yīng)最大加載工況分析72-77
• 4.2.4 次內(nèi)支點(diǎn)負(fù)彎矩效應(yīng)最大加載工況分析77-83
• 4.2.5 全橋承載力匯總分析83-84
• 4.3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)對PC小箱梁橋極限承載力的影響84-112
• 4.3.1 張拉控制應(yīng)力對結(jié)構(gòu)承載能力的影響85-89
• 4.3.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量對結(jié)構(gòu)承載能力的影響89-93
• 4.3.3 普通鋼筋數(shù)量對結(jié)構(gòu)承載能力的影響93-96
• 4.3.4 箍筋數(shù)量對結(jié)構(gòu)承載能力的影響96-100
• 4.3.5 底板厚度對結(jié)構(gòu)承載能力的影響100-104
• 4.3.6 頂板厚度對結(jié)構(gòu)承載能力的影響104-108
• 4.3.7 腹板厚度對結(jié)構(gòu)承載能力的影響108-112
• 4.4 本章小結(jié)112-113
• 第五章 PC小箱梁橋的橫向受力性能分析113-123
• 5.1 分析荷載和工況設(shè)置113-114
• 5.1.1 分析荷載113
• 5.1.2 分析工況113-114
• 5.2 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)下PC小箱梁橫向受力分析114-118
• 5.2.1 CaseH-1 工況下橫向受力分析114-115
• 5.2.2 CaseH-2 工況下橫向受力分析115-116
• 5.2.3 CaseH-3 工況下橫向受力分析116-117
• 5.2.4 橫向受力分析小結(jié)117-118
• 5.3 增加跨中橫梁的PC小箱梁橫向受力分析118-121
• 5.3.1 邊支點(diǎn)剪力效應(yīng)最不利加載下橫向受力分析118-119
• 5.3.2 中跨跨中彎矩效應(yīng)最不利加載下橫向受力分析119-120
• 5.3.3 次內(nèi)支點(diǎn)負(fù)彎矩效應(yīng)最不利加載下橫向受力分析120-121
• 5.4 本章小結(jié)121-123
• 第六章 結(jié)論與展望123-125
• 6.1 結(jié)論123-124
• 6.2 展望124-125
• 參考文獻(xiàn)125-129
• 致謝129-131
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文131

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