曲线预应力混凝土箱梁分析方法及程序设计

论文摘要

曲线预应力混凝土箱梁桥以其经济、美观、实用的特点在我国的桥梁建设中已经被广泛的采用。然而由于曲线预应力混凝土箱梁桥在力学性能、荷载、构造和施工工艺等方面的复杂性,及计算程序的易用性,目前仍有许多课题急待解决。本文课题研究的主要目的是针对目前曲线梁桥分析的复杂性,选用适当的计算理论,编制简洁易用友好的有限元程序,解决曲线梁在有限元分析中的一系列问题。采梁格法对曲线预应力混凝土箱梁桥进行有限元分析,用每结点六个自由度的空间直杆单元来分析梁格的纵横构件,并推导空间直梁单元的单元刚度矩阵、坐标转换矩阵和整体刚度矩阵,并对边界条件的处理进行了讨论,对钢束几何要素的计算公式进行推导,分析了各种预应力损失,推导出预应力等效荷载的表达式,并通过等效荷载计算预应力束的总效应和二次内力。对网格划分和梁格刚度的取值进行研究,提出了梁格法分析曲线预应力混凝土箱梁桥时划分网格数目的确定方法:用梁格法分析曲线梁桥时,当每根纵向梁格构件所对应的圆心角在4~5度之间时,若再细分网格对结果的影响已经不大,此时可以认为结果已经收敛,用一算例来说明上部结构梁格截面特性的取值。在Fortran PowerStation4.0集成开发环境下采用Fortran90语言将上述内容编制成程序,并采用Visual Basic 6.0语言为程序编制了友好的交互性输入界面。最后通过实桥算例验证了本文理论分析的正确性和程序的精确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 曲线梁桥的形式及力学特性
• 1.2.1 曲线梁桥的形式
• 1.2.2 曲线梁桥的力学特性
• 1.3 曲线梁桥计算理论发展概述
• 1.3.1 解析法
• 1.3.2 半解析法
• 1.3.3 数值法
• 1.4 曲线梁桥研究存在的问题
• 1.4.1 在预应力作用下结构受力的复杂性
• 1.4.2 在建设及使用中出现的问题
• 1.4.3 程序计算合理性问题
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 曲线梁桥结构空间分析
• 2.1 空间梁单元的单元刚度矩阵和等效节点力
• 2.1.1 空间梁单元刚度矩阵
• 2.1.2 空间梁单元的等效节点力
• 2.2 坐标转换矩阵
• 2.2.1 坐标转换矩阵的概念
• 2.2.2 坐标转换矩阵的计算
• 2.3 总体刚度矩阵形成和边界条件处理
• 2.3.1 总体刚度矩阵形成
• 2.3.2 边界条件处理
• 2.4 恒载计算
• 2.5 温度内力计算
• 2.6 小结
• 第3章 曲线预应力混凝土箱梁桥预应力效应分析
• 3.1 曲线预应力混凝土箱梁桥若干问题
• 3.2 预应力效应概念
• 3.3 空间预应力索分析
• 3.3.1 预应力索线形描述
• 3.3.2 预应力索几何参数计算
• 3.4 预应力损失计算
• 3.4.1 预应力钢索与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失
• 3.4.2 考虑反摩阻的锚具变形、钢索回缩、接缝压缩引起的预应力损失
• 3.4.3 预应力钢索与养护台座之间温度差引起的预应力损失
• 3.4.4 混凝土弹性压缩引起的预应力损失
• 3.4.5 钢索松弛引起的预应力损失
• 3.4.6 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失
• 3.4.7 有效预应力计算
• 3.5 预应力等效荷载计算
• 3.6 小结
• 第4章 网格的划分及梁格刚度的取值分析
• 4.1 基本原理
• 4.2 梁格划分数目的确定
• 4.2.1 半径变化对梁格划分数目的影响
• 4.2.1.1 梁格划分数目对各梁活载内力的影响（跨径L=30m 保持定值）
• 4.2.1.2 梁格划分数目对各梁恒载内力的影响（跨径L=30m 保持定值）
• 4.2.2 跨径变化对梁格划分数目的影响
• 4.2.2.1 梁格划分数目对各梁活载内力的影响（半径R=40m 保持定值）
• 4.2.2.2 梁格划分数目对各梁恒载内力的影响（半径R=40m 保持定值）
• 4.3 结构类型
• 4.4 结构作用状态
• 4.4.1 纵向弯曲
• 4.4.2 横向弯曲
• 4.4.3 扭转
• 4.4.4 扭转变形
• 4.5 梁格的截面特性取值算例
• 4.6 小结
• 第5章 曲线预应力混凝土箱梁桥应用分析程序设计
• 5.1 概述
• 5.2 程序设计
• 5.2.1 程序功能
• 5.2.2 程序分析步骤和模块划分
• 5.2.3 桥梁结构的基本属性描述
• 5.2.4 模块设计
• 5.3 小结
• 第6章 计算实例
• 6.1 基本资料
• 6.1.1 主要技术标准
• 6.1.2 主要材料
• 6.2 计算实例概况
• 6.2.1 一般构造
• 6.2.2 钢筋及钢筋的配置
• 6.2.3 梁格模型划分
• 6.2.4 空间预应力索描述
• 6.3 主梁内力计算
• 6.3.1 有限元分析模型
• 6.3.2 主要计算荷载
• 6.3.3 内力计算结果
• 6.4 小结
• 第7章 结论和展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢