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考虑时间因素的混凝土结构分析方法

2020-11-22阅读(807)

考虑时间因素的混凝土结构分析方法

论文摘要

大跨度、高耐久性、使用性要求高等都是现代混凝土结构重要特征。为了保证这些结构在整个生命周期内安全使用,在设计时需要对其进行精致、全面的分析。无论是混凝土结构上的作用,还是结构本身都是随时间变化的。合理和较为精确的结构计算分析和设计必须考虑要时间因素的影响。本文对混凝土结构考虑时间因素影响的分析和设计方法进行了系统的研究。论文主要的研究内容和取得的研究成果可以归结为以下: 1.分析材料与时相关的性能,重点介绍混凝土各种变形的特点和计算表达公式,利用变分原理,建立了具有普遍适用性的材料本构方程; 2.系统介绍了徐变、收缩计算理论的历史演变,利用积分中值定理提出了新的时变计算模量法,并改进了逐步计算方法。最后给出了适用于简单结构和复杂结构的徐变有限元逐步计算方法和递推方法。 3.建立考虑时间因素的混凝土截面应力应变分析方法,提出截面时变计算刚度的概念和静定混凝土结构变形的计算方法,并编制相应的计算程序; 4.利用时变计算刚度概念,建立考虑时间因素的超静定混凝土结构有限元计算方法,并编制相应的计算程序; 5.在传热学基本原理的基础上,利用有限元理论,建立混凝土结构温度场和温度效应的时程分析方法。并提出便于工程实用的简化温度场分布和相应的温度效应计算方法; 6.本文根据混凝土材料构造特点,建立了能反映混凝土冻融循环损伤影响的二氧化碳和氯离子侵入模式,修正了传统的基于恒定碳化系数和恒定氯离子入侵系数的计算方法并提出了恶劣环境下混凝土结构耐久性使用年限的预测技术。对算例的数值模拟计算表明:对于海洋、寒冷地区等恶劣环境下的混凝土结构耐久性使用年限会明显降低,采用高性能混凝土并尽量增加混凝土保护层厚度取值是提高其使用年限的有效措施。 7.引入时变广义可靠度概念并建立相应的计算模式,提出了基于可靠性分析的耐久性优化设计方法。对十六米跨度铁路混凝土桥梁标准设计(图号:专桥1023)进行的耐久性优化设计结果表明:(1)影响耐久性的主要因素是气候环境,混凝土质量和保护层厚度;(2)应根据不同的环境情况,设计使用寿命划分不同的保护层厚度取值范围,选取允许的最大保护层厚度在经济上将是最优的设计方案。 8.结合我国首条磁悬浮列车、上海地铁线建设项目的研究,进行混凝土结构温度场和温度效应,泵送混凝土收缩、徐变基本特征值,混凝土梁时变变形等项目的试验研究。磁悬浮列车温度场和温度效应实测值与计算值吻合。高流动性泵送混凝土的收缩、徐变特性试验研究表明:1)收缩应变终极值的实测值大约要比规范计算值大一倍;2)徐变终极值的实测值与规范计算值比较接近;3)实测的收缩应变随时间的发展规律与规范比较接近,但徐变的发展规律在早期要比规范的发展规律快得多。对城市轨道交通用预应力混凝土梁长期变形试验研究表明:上

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 国内外研究现状及评述
  • 1.2.1 国外相关研究成果和评述
  • 1.2.2 国内相关研究成果和评述
  • 1.3 主要存在的问题
  • 1.4 研究思路及研究范围
  • 本章主要参考文献
  • 第二章 材料的时间相关性能
  • 2.1 引言
  • 2.2 混凝土变形性能
  • 2.2.1 混凝土变形分类
  • ei'>2.2.2 瞬时受力变形—弹塑性应变εei
  • cr（t）'>2.2.3 滞后受力变形—徐变变形εcr（t）
  • T'>2.2.4 瞬时不受力变形—温度应变εT
  • sh（t）'>2.2.5 滞后不受力变形—收缩εsh（t）
  • 2.3 温度对材料性能的影响
  • 2.4 混凝土其他与时间相关性质的数学表达
  • 2.4.1 混凝土抗压强度
  • 2.4.2 弹性模量
  • 2.5 预应力钢筋的松弛
  • pr计算公式'>2.5.1 固有松弛Δσpr计算公式
  • pr计算公式'>2.5.2 实际松弛Δ（?）pr计算公式
  • 2.6 与时间相关的材料本构关系
  • 2.6.1 混凝土的本构关系
  • 2.6.2 钢筋的本构关系
  • 本章主要参考文献
  • 第三章 收缩、徐变计算的一般理论
  • 3.1 引言
  • 3.2 徐变计算的基本理论
  • 3.2.1 老化理论
  • 3.2.2 先天理论
  • 3.2.3 混合理论
  • 3.3 杆件的徐变、收缩效应计算方法
  • 3.3.1 微分方程解法—修正的迪辛格尔方法
  • 3.3.2 代数方程解
  • 3.3.3 逐步计算法
  • 3.3.4 计算方法之比较
  • 3.4 超静定结构收缩、徐变效应的计算方法
  • 3.4.1 有限元逐步计算法
  • 3.4.2 有限元推递算法
  • 本章主要参考文献
  • 第四章 考虑时间因素的混凝土静定结构分析方法
  • 4.1 引言
  • 4.2 初应变对截面分析的影响
  • 4.3 非均质材料截面应力应变计算
  • 4.3.1 未开裂截面
  • 4.3.2 开裂截面
  • 4.3.3 部分预应力混凝土截面
  • 4.4 截面的计算时变刚度
  • 4.4.1 时变计算弯曲刚度D（t）
  • 4.4.2 时变计算轴向刚度L（t）
  • 4.5 静定结构的变形计算
  • 4.5.1 挠曲微分方程
  • 4.5.2 变形计算的近似方法
  • 4.5.3 静定结构计算的步骤
  • 本章主要参考文献
  • 第五章 温度场和温度效应的分析
  • 5.1 引言
  • 5.2 温度场的影响因素
  • 5.2.1 日照温度变化
  • 5.2.2 骤然降温
  • 5.2.3 年温度变化
  • 5.2.4 人为温度变化
  • 5.3 温度场的分析方法
  • 5.3.1 热传导基本方程
  • 5.3.2 边界条件
  • 5.3.3 初始条件
  • 5.4 温度场的分析方法
  • 5.4.1 瞬态温度场的有限元解原理
  • 5.4.2 瞬态温度场有限元分析的流程
  • 5.4.3 半理论半经验的公式
  • 5.5 温度效应的计算
  • 5.5.1 静定结构
  • 5.5.2 超静定结构
  • 本章主要参考文献
  • 第六章 考虑时间因素的混凝土超静定结构分析
  • 6.1 引言
  • 6.2 坐标系和符号的确定
  • 6.3 结构计算简图和基本假定
  • 6.4 钢筋混凝土结构有限元逐步分析法的基本原理
  • 6.4.1 弹塑性有限元分析理论
  • 6.3.2 钢筋混凝土结构的有限元逐步分析方法
  • 6.4 钢筋混凝土杆系结构有限元逐步计算通用程序（RCSAP）编制方法
  • 6.4.1 单元划分和编号
  • 6.4.2 加荷瞬时的线弹性分析
  • 0时刻材料非线性的重分布'>6.4.3 计算t=t0时刻材料非线性的重分布
  • 0→t时间效应的重分布'>6.4.4 计算t0→t时间效应的重分布
  • 6.4.5 求解策略
  • 6.4.6 程序编制说明
  • 6.4.7 程序构成和流程框图
  • 本章主要参考文献
  • 第七章 试验研究及算例分析
  • 7.1 引言
  • 7.2 磁悬浮列车轨道梁的日照温度场和温度效应
  • 7.2.1 模型试件简介
  • 7.2.2 试验内容及方法
  • 7.2.3 试验结果及分析
  • 7.2.4 理论解的验证
  • 7.3 高流动性泵送混凝土的收缩、徐变特性试验研究
  • 7.3.1 试验概况
  • 7.3.2 试验结果
  • 7.3.3 试验结果分析
  • 7.4 城市轨道交通用预应力混凝土梁长期变形试验研究
  • 7.5 钢筋混凝土框架非线性分析的试验验证
  • 7.6 算例分析
  • 7.6.1 钢筋混凝土未开裂截面的计算
  • 7.6.2 钢筋混凝土开裂截面的计算
  • 7.6.3 部分预应力混凝土截面的计算
  • 7.6.4 开裂钢筋混凝土梁的随时变形计算
  • 7.6.5 钢筋混凝土单跨超静定结构的内力重分布计算
  • 7.6.6 钢筋混凝土多跨连续梁的内力重分布计算
  • 7.6.7 考虑结构体系转换的内力重分布计算
  • 本章主要参考文献
  • 第八章 恶劣环境下混凝土结构使用年限的预测
  • 8.1 引言
  • 8.2 混凝土材料构造体系
  • 8.3 外界环境作用的计算模式
  • 8.3.1 二氧化碳的侵入模式
  • 8.3.2 氯离子的侵入模式
  • 8.4 多种环境因素作用下混凝土结构使用年限的预测技术
  • 8.4.1 耐久性年限的定义
  • 8.4.2 氯离子的临界值
  • 8.4.3 使用年限的判别条件
  • 8.4.4 使用年限计算步骤
  • 8.5 算例分析
  • 本章主要参考文献
  • 第九章 基于可靠性分析的混凝土桥梁耐久性优化设计
  • 9.1 前言
  • 9.2 耐久性破坏的机理
  • 9.3 混凝土结构的耐久性极限状态
  • 9.4 耐久性的可靠度计算公式
  • 9.5 基于可靠度分析的耐久性优化设计数学模型
  • 9.6 铁路混凝土桥梁的耐久性优化设计
  • 9.7 结论
  • 本章主要参考文献
  • 第十章 结束语
  • 10.1 主要的研究成果
  • 10.2 需进一步研究的问题
  • 攻读博士学位期间完成的学术论文
  • 致谢

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