拉压杆模型在桥墩系统的适用性和应用范围研究

发布时间：2017-09-28 10:07

  本文关键词：拉压杆模型在桥墩系统的适用性和应用范围研究

  更多相关文章： 深梁 拉压杆模型 桥墩盖梁 基础承台 混凝土结构

【摘要】：在桥墩系统结构中,钢筋混凝土深梁因具有良好的承载性能,使用率较高,已逐步引起桥梁界的广泛关注。然而与浅梁不同,伯努利平截面假定在深梁结构设计中并不适用。在对深梁受力机理研究并不明确的情况下,我国目前对深梁构件的设计方法是:对大量实验结果进行回归分析后,以承载力极限状态和正常使用极限状态为依据进行设计。经过长期的工程实践,该方法虽可满足构件安全性保障的要求,但钢筋使用量较大,会造成不必要的材料浪费。此外,有限元分析软件可以考虑到深梁的非线性问题,但该方法经费高且计算耗时长,而且目前并不是所有工程师都熟悉有限元设计软件的使用。与较复杂的非线性分析相比,拉压杆模型设计法以其明确的受力原理成为一种较被规范所允许的实用性替代方法,而目前国内对于拉压杆模型方法在实际工程中的适用性并未进行论证说明,也并为给出详细的设计计算步骤和注意要求。盖梁与承台规范均规定为受弯深构件,因此,本文对拉压杆模型的基本理论及其适用性进行论述,并探讨其在桥梁墩系统中的应用范围,开展工作如下:1.阐述深梁的基本理论和目前设计深梁的常用方法,指出中美两国存在的差异。本文重点介绍了拉压杆模型的基础知识,以及该模型在桥墩系统的应用过程。对美国的设计公式中所用的参数进行调整,以满足中国的安全因素和材料标准。2.根据可用的实际桥梁信息,在桥墩系统中的单柱墩式盖梁、双柱墩式盖梁,以及四桩承台中建立拉压杆模型。在建拉压杆模型前用ABAQUS软件对构件的混凝土部分进行建模,完成荷载施加、定义边界条件后运算输出其应力云图,以拉应力压应力分布区域为基础建立合理的拉压杆模型,减少计算量。3.结合我国材料参数,按照美国规范中对盖梁和承台的设计计算步骤,对单柱墩式盖梁、双柱墩式盖梁以及四桩式承台完成拉压杆模型法配筋设计,绘制出相应的配筋图,列出钢筋使用数量表,计算钢筋总量。将其计算结果与中国传统设计方法所用钢筋量进行比较分析。4.在ABAQUS有限元分析软件中,将拉压杆模型配筋法设计所得的钢筋笼嵌入相应的盖梁与承台混凝土中,建立较完整的钢筋混凝土构件模型,施加荷载后,观察模型整体变形情况、混凝土应力状态、钢筋应力与屈服状态。以确定拉压杆模型配筋法在单柱墩式盖梁、双柱墩式盖梁、四桩式承台中是否具有适用性,给出应用范围。本文研究得出:拉压杆模型简单易行,且符合理论要求,可以应用于我国实际工程中的单柱式墩盖梁,双柱墩式盖梁以及四桩式承台,可使钢筋使用量有较大幅度下降,节约成本。
【关键词】：深梁 拉压杆模型 桥墩盖梁 基础承台 混凝土结构
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.22
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACTS5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 深梁理论11-13
• 1.3 深梁构件常用配筋设计方法综述13-17
• 1.4 国内深梁研究现状17-18
• 1.5 本文研究目的18-21
• 第二章 混凝土结构中拉压杆模型的理论研究介绍21-31
• 2.1 拉压杆模型法理论依据21-22
• 2.2 桥梁中混凝土结构的分区22-24
• 2.3 拉压杆模型组成部分24-26
• 2.4 建立拉压杆模型的方法步骤26-27
• 2.5 拉压杆模型发展及应用情况27-31
• 第三章 拉压杆模型设计计算步骤31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 美国规范盖梁拉压杆模型法31-34
• 3.2.1 建立理想拉压杆模型计算各杆件受力31
• 3.2.2 检验支座处承载面积31-32
• 3.2.3 配置受拉钢筋32
• 3.2.4 检验压杆承载能力32-34
• 3.2.5 拉杆节点处锚固34
• 3.2.6 裂缝控制钢筋34
• 3.3 美国规范基础承台拉压杆模型法34-39
• 3.3.1 绘制理想三维拉压杆模型求解杆件受力34-36
• 3.3.2 检验节点处极限应力36
• 3.3.3 配置底部受拉钢筋36-37
• 3.3.4 压杆承载能力检验37-38
• 3.3.5 拉杆锚固长度检验38-39
• 3.3.6 检查配筋构造要求绘制配筋图39
• 3.4 中美规范参数对比分析39-41
• 第四章 盖梁实例数据处理分析41-57
• 4.1 引言41
• 4.2 盖梁计算实例41-43
• 4.2.1 双柱墩式盖梁工程实例数据41-42
• 4.2.2 单柱墩式盖梁工程实例数据42-43
• 4.3 利用ABAQUS分析混凝土应力分布43-49
• 4.3.1 混凝土本构关系模型44-46
• 4.3.2 单元选取46-47
• 4.3.3 网格划分47
• 4.3.4 加载方式及边界条件47-48
• 4.3.5 有限元求解法48
• 4.3.6 最大主应力云图输出48-49
• 4.4 盖梁实例拉压杆模型法配筋设计49-57
• 4.4.1 双柱墩式盖梁拉压杆模型法配筋设计49-54
• 4.4.2 单柱墩式盖梁拉压杆模型法配筋设计54-57
• 第五章 承台实例数据处理分析57-67
• 5.1 引言57
• 5.2 承台工程实例数据57-58
• 5.3 利用ABAQUS分析承台混凝土应力分布58-60
• 5.4 承台工程实例拉压杆模型法配筋设计60-67
• 5.4.1 绘制承台理想拉压杆模型及求解杆件受力60-61
• 5.4.2 检验节点处极限应力61-62
• 5.4.3 配置承台底部受拉钢筋62-63
• 5.4.4 承台压杆承载能力检验63-64
• 5.4.5 检验受拉杆的锚固长度64-65
• 5.4.6 确定埋置钢筋埋置长度绘制配筋图65-67
• 第六章 结果论证分析67-81
• 6.1 引言67
• 6.2 利用ABAQUS模拟论证拉压杆模型配筋法合理性67-69
• 6.2.1 钢筋材料本构关系模型67-68
• 6.2.2 钢筋嵌入68-69
• 6.2.3 单元选取、网格划分以、加载方式、边界条件69
• 6.3 模拟结果与计算结果对比分析69-77
• 6.3.1 钢筋混凝土构件整体变形情况69-70
• 6.3.2 混凝土应力状态分析70-72
• 6.3.3 钢筋应力与屈服状态分析72-77
• 6.4 钢筋使用量对比分析77-81
• 第七章 结论与展望81-85
• 7.1 结论81-82
• 7.2 展望82-85
• 参考文献85-91
• 致谢91-93
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的学术论文93

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本文编号：935225