曲线预应力混凝土箱梁模型试验及承载力研究

论文摘要

本文对曲线预应力混凝土箱梁的分析理论研究概况进行了回顾,并对曲线预应力混凝土箱梁模型试验研究概况以及曲线预应力混凝土箱梁极限承载力研究概况进行了总结,指出了曲线预应力混凝土箱梁研究方面的成果与不足。本文的主要目的是通过模型试验及有限元分析对曲线预应力混凝土箱梁极限承载力进行详细研究。首先详细介绍了钢筋混凝土结构的材料非线性分析理论。对混凝土材料的本构关系、破坏准则,混凝土有限元分析中钢筋和混凝土之间的组合方法、混凝土裂缝处理等关键问题进行了详细描述,并介绍了非线性有限元分析中非线性方程组的常用解法与收敛准则。在此基础上,针对曲线预应力混凝土箱梁研究工作的不足,通过设计、制作一座两跨大曲率预应力混凝土箱梁桥模型进行极限承载力研究。根据室内大尺寸模型试验的结果,得到了曲线预应力混凝土箱梁桥在腹板对称集中荷载作用下的非线性力学性能和变形规律,总结了曲线箱梁模型的受力控制截面、反力分布规律、裂缝发展及分布规律以及最终的破坏失效形式。结合曲线预应力混凝土箱梁的特点,在模型试验的基础上,采用大型通用软件ADINA对曲线模型梁进行了全过程受力分析。完全按照试验模型梁的实际尺寸建立有限元模型,考虑预应力钢筋、纵向普通钢筋及箍筋的作用,材料特性值根据材性试验得到,有限元模型约束方式及加载步长均与模型试验一致。有限元分析结果清晰的描述了混凝土裂缝的产生、发展以及最后发生压溃及破坏的整个过程。有限元模型计算得到的位移、应变及裂缝开展形态与试验结果吻合良好,表明本文有限元模型计算结果可靠,分析精度高。根据模型试验结果与有限元分析结果提出了相关结论,结论重点描述了曲线预应力混凝土箱梁的受力特点,揭示了曲线预应力混凝土箱梁内力和变形的重分布过程,为曲线预应力混凝土箱梁桥的设计提供了试验资料和依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 曲线预应力混凝土箱梁国内外研究概况
• 1.2.1 曲线预应力混凝土箱梁分析方法研究
• 1.2.2 曲线预应力混凝土箱梁模型试验研究
• 1.2.3 曲线预应力混凝土箱梁承载力研究
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.3.1 曲线预应力混凝土箱梁存在的问题
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 第二章 基于有限元法的钢筋混凝土结构非线性分析理论
• 2.1 概述
• 2.2 混凝土材料的本构关系
• 2.2.1 Ottosen 本构关系
• 2.2.2 Darwin-Pecknold 本构关系
• 2.3 混凝土的破坏准则
• 2.3.1 单轴受力下的应力应变关系
• 2.3.2 多轴受力下的混凝土强度准则
• 2.4 钢筋混凝土有限元模型
• 2.4.1 分离式模型
• 2.4.2 组合式模型
• 2.4.3 整体式模型
• 2.5 混凝土有限元分析中的裂缝处理
• 2.6 非线性方程组的解法
• 2.6.1 增量法
• 2.6.2 迭代法
• 2.6.3 收敛准则
• 2.7 本章小结
• 第三章 曲线预应力混凝土箱梁模型试验研究
• 3.1 概述
• 3.2 模型设计与制作
• 3.2.1 模型梁一般构造
• 3.2.2 钢筋与钢束布置
• 3.2.3 模型材料
• 3.2.4 测点布置
• 3.2.5 模型制作流程
• 3.3 试验方案
• 3.3.1 试验元件
• 3.3.2 加载系统
• 3.3.3 加载方案
• 3.3.4 基本过程
• 3.4 试验结果分析
• 3.4.1 位移结果分析
• 3.4.2 应变结果分析
• 3.4.3 反力结果
• 3.4.4 裂缝描述
• 3.4.5 破坏现象总结
• 3.5 本章小结
• 第四章 曲线预应力混凝土箱梁极限承载力分析
• 4.1 概述
• 4.2 ADINA 软件介绍
• 4.3 有限元模型的建立
• 4.3.1 单元类型
• 4.3.2 单元材料模型
• 4.3.3 单元划分
• 4.3.4 边界条件及加载方式
• 4.4 计算结果对比
• 4.4.1 位移结果对比
• 4.4.2 应变结果对比
• 4.4.3 反力结果
• 4.4.4 裂缝开展及破坏形态
• 4.4.5 破坏现象总结
• 4.5 本章小结
• 结论及展望
• 本文结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢