预应力钢管混凝土桁梁极限承载力研究

发布时间：2017-07-18 23:16

  本文关键词：预应力钢管混凝土桁梁极限承载力研究

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【摘要】：预应力钢管混凝土桁梁是钢管混凝土弦杆与钢管腹杆直接相贯焊接而成,并采用纵向体外预应力筋加劲的一种新型钢管混凝土桁式受弯构件。预应力钢管混凝土桁梁结构轻盈、刚度大、承载力高、自振性能好、施工便利,节点疲劳强度较钢管桁架有较大提高,适用于大跨、高耸结构,以及对结构重量和施工条件限制较为严格的应用场合。目前,钢管混凝土桁式构件的研究主要集中于整体受压性能、节点强度和疲劳性能方面,较少涉及整体受弯性能及其结构设计方法方面。本文工作得到了国家自然科学基金的资助。本文借助试验研究和有限元仿真,研究了预应力钢管混凝土桁梁的工作机理、破坏模式和极限抗弯承载力,并探讨了结构设计方法,具体如下：(1)进行了预应力钢管混凝土桁梁跨中加载试验研究,试验参数包括跨高比和预应力度,跨高比分别为9.6、11.5和14.4,预应力度分别为0、0.4和0.6,桁梁腹杆形式采用修正华伦式。试验研究了预应力钢管混凝土桁梁的失效模式、荷载-变形相关曲线、中和轴变化特点、管内混凝土应变状态以及预应力效应。(2)利用通用结构软件ANSYS对预应力钢管混凝土桁梁的内力分布模式、最不利截面应力应变状态、中和轴分布模式和预应力工作状态进行了仿真模拟,并利用已有的钢管混凝土桁梁抗剪和抗弯试验结果对该建模方法进行了验证。(3)进行有限元参数,通过变化腹杆与弦杆管径比、腹杆与弦杆壁厚比、预应力度和混凝土强度等级,对预应力钢管混凝土桁梁的抗弯承载力以及界限破坏进行分析。(4)综合试验研究和有限元分析结果,在现行规范有关钢管混凝土结构计算公式的基础上,提出预应力钢管混凝土桁梁发生弦杆压溃模式的整体抗弯承载力实用算法,并利用该算法对两跨连续钢管混凝土桁梁缩尺模型和已建三跨连续钢管混凝土桁梁桥的抗弯破坏和抗剪破坏的安全度进行了对比分析。
【关键词】：钢管混凝土桁梁 试验研究 数值模拟 界限破坏 结构设计 预应力
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 课题来源10-11
• 1.2 文献综述11-20
• 1.2.1 钢管混凝土桁梁整体抗剪承载力11-18
• 1.2.2 钢管混凝土桁梁整体抗弯承载力18-20
• 1.2.3 存在问题20
• 1.3 研究方法与内容20-22
• 2 预应力钢管混凝土桁梁受弯试验研究22-41
• 2.1 试验设计与制作22-26
• 2.1.1 试验目的及试验设计22-25
• 2.1.2 试验试件制作及安装25-26
• 2.2 试验加载与测试26-28
• 2.2.1 材性试验26-27
• 2.2.2 测量装置调试27-28
• 2.2.3 物理对中及加载监控28
• 2.3 试验结果与分析28-40
• 2.3.1 失效模式分析28
• 2.3.2 桁梁荷载-变形模式分析28-31
• 2.3.3 中和轴高度分布研究31-37
• 2.3.4 管内混凝土应变状态研究37-38
• 2.3.5 预应力效应分析38-40
• 2.4 本章小结40-41
• 3 预应力钢管混凝土桁梁受弯有限元分析41-71
• 3.1 有限元建模方法及输入数据41-44
• 3.1.1 材料本构模型41-43
• 3.1.2 单元类型及网格划分43-44
• 3.1.3 加载求解及极限承载力判定条件44
• 3.2 有限元模型试验验证44-54
• 3.2.1 预应力钢管混凝土桁梁受弯试验验证44-49
• 3.2.2 钢管混凝土桁梁受弯试验验证49-51
• 3.2.3 钢管混凝土桁梁受剪试验验证51-54
• 3.3 预应力钢管混凝土桁梁受弯试验有限元模拟分析54-66
• 3.3.1 内力分布模式分析54-56
• 3.3.2 最不利截面应力应变状态分析56-61
• 3.3.3 中和轴变化分析61-64
• 3.3.4 预应力效应分析64-66
• 3.4 预应力钢管混凝土桁梁抗弯承载力有限元参数分析66-69
• 3.5 本章小结69-71
• 4 预应力钢管混凝土桁梁极限承载力实用算法71-78
• 4.1 预应力钢管混凝土桁梁弦杆压溃承载力实用算法71-74
• 4.1.1 国内规范有关钢管混凝土受压构件承载力公式对比71-72
• 4.1.2 预应力钢管混凝土桁梁弦杆压溃承载力算法研究72-74
• 4.2 实例验证74-77
• 4.2.1 算例一：两肢平面桁梁模型74-75
• 4.2.2 算例二：钢管混凝土组合试验梁模型75-76
• 4.2.3 算例三：干海子大桥模型76-77
• 4.3 本章小结77-78
• 5 结论与展望78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果85

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本文编号：560242