体内外混合配束预应力混凝土箱梁极限承载力研究

发布时间：2020-07-22 01:05

【摘要】：随着体内外预应力混凝土箱梁施工技术的不断提高,体内外混合配束的预应力混凝土箱梁得到了越来越广泛的应用。目前对体内外混合配束的预应力混凝土箱梁的研究主要集中在实验方面,其理论分析相对较少,对该结构的非线性受力性能缺乏相对清楚的认知,不利于体内外混合配束预应力混凝土箱梁结构的推广应用。为此,本文基于层壳理论,编写了一种钢筋混凝土三维非线性有限元程序,对体内外混合配束的预应力混凝土箱梁的工作状态进行了详细分析,得到了普通钢筋应力、预应力钢筋应力随着荷载增加的发展变化规律等。研究成果对实际的工程具有一定的参考价值。本文主要工作如下:(1)本文介绍了层壳等参元的基本理论,对退化层壳等参元的单元刚度矩阵进行了推导。同时考虑混凝土和钢筋的材料非线性效应,编写了钢筋混凝土三维非线性有限元程序。以某预应力混凝土多T梁桥为实例,建立了多T梁的分析模型,并结合实验数据,验证了该程序的可靠性。(2)根据钢筋混凝土三维非线性有限元程序,分别设计了六种典型的加载工况,详细探讨了体内外预应力混凝土箱梁挠度的发展、普通钢筋应力的发展、体内以及体外预应力钢筋应力的发展。并详细分析了箱梁桥在典型加载工况下,其破坏荷载、破坏特征及危险截面挠度随着荷载增加的变化规律。(3)将预应力钢筋配束量相同,配束位置不同的体内预应力混凝土箱梁进行对比,讨论了底板预应力配筋和顶板预应力配筋对结构性能的影响。同时也将预应力钢筋配束量相同,配束位置不同的体内预应力混凝土箱梁和体内外混合配束的预应力混凝土箱梁进行对比,研究了体内预应力钢筋和体外预应力钢筋对结构性能的影响。通过对相同配筋数量的体内预应力混凝土箱梁和体内外混合配束的预应力混凝土箱梁研究,得出体内配筋的预应力混凝土箱梁的开裂荷载比体内外混合配束的预应力混凝土箱梁的开裂荷载有所提高。但随着外荷载的增加,两者的极限荷载基本相同。(4)通过改变体内外混合配束预应力混凝土箱梁的主要影响参数,如:体内外预应力钢筋的张拉控制应力、体内和体外预应力钢筋的数量以及纵向普通钢筋的配筋率,来探讨对结构性能的影响。为改进体内外混合配束的预应力混凝土箱梁桥的结构设计提供科学参考依据。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441
【图文】：

图 2.10 有效应力-总应变关系曲线 图 2.11 有效应力-有效塑性应变关系曲线在再加载期间，弹性变形特性被反映，直到达到相应的后续屈服面。如果再加荷，就会出现弹塑性变形，此时根据各向同性强化的特点，随着塑性变形的增大，后续屈服面也会相应扩大，钢筋混凝土材料的屈服面如如图 2.12 所示，反复加载下的混凝土一维应力应变关系如图 2.12 所示（图中 和m 为拉伸钢化参数，将在后续章节中进行介绍）。对于强化模型，当卸载时，按照初始弹性模量0E 的斜率线变化，再加载时则体现出弹性变形的特点，直到达到相应的后继屈服面。如若进一步加载，则会出现弹塑性变形，此时根据等向强化的特点，随着塑性变形增加，后继屈服面也会相应的膨胀。混凝土材料受强化后的屈服面如图 2.13 所示。卸载-加载0.3fcfc10.61.0fc初始屈服面后继屈服面塑性极限屈服面

图 2.10 有效应力-总应变关系曲线 图 2.11 有效应力-有效塑性应变关系曲线在再加载期间，弹性变形特性被反映，直到达到相应的后续屈服面。如果再加荷，就会出现弹塑性变形，此时根据各向同性强化的特点，随着塑性变形的增大，后续屈服面也会相应扩大，钢筋混凝土材料的屈服面如如图 2.12 所示，反复加载下的混凝土一维应力应变关系如图 2.12 所示（图中 和m 为拉伸钢化参数，将在后续章节中进行介绍）。对于强化模型，当卸载时，按照初始弹性模量0E 的斜率线变化，再加载时则体现出弹性变形的特点，直到达到相应的后继屈服面。如若进一步加载，则会出现弹塑性变形，此时根据等向强化的特点，随着塑性变形增加，后继屈服面也会相应的膨胀。混凝土材料受强化后的屈服面如图 2.13 所示。卸载-加载0.3fcfc10.61.0fc初始屈服面后继屈服面塑性极限屈服面

图 2. 25 预应力混凝土多 T 梁桥的截面图/m因本次试验需要足够大的加载力，综合考虑，决定通过钢材自重来加载本次试验。加载方为偏载加载，如图 2.26 所示。图 2. 26 钢材沿桥面横向布置2.5.2 验证模型的建立预应力混凝土多 T 梁桥是典型的工程薄壁结构，采用壳单元模拟是适合的。梁体（主梁和隔板）共划分成 715 个单元，2739 个节点。梁体的有限元模型如图 2.27，隔板与顶板细部连如图 2.28。每级加载 49.6t/20m 的均布荷载。横向加载时，加载点为 T 梁肋板和顶板的交点（如图 2.28 所示）。G1 G2 G3 G4 G5 G6G1G2G3G4G5G6

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本文编号：2765089