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原文传递基于任意非均布压力下的弯曲孔道预应力摩阻损失研究

论文题名：	基于任意非均布压力下的弯曲孔道预应力摩阻损失研究
关键词：	预应力摩阻损失;接触压力;有限元;应变分布法;非线性参数拟合
摘要：	虽然预应力混凝土技术已经日趋成熟并广泛运用于桥梁工程，但由于各种预应力损失因素的影响，目前许多在役PC连续刚构桥梁在运营早期就发生跨中非正常下挠、开裂现象，不仅大幅缩减了桥梁结构的运营周期，更严重影响了其安全性能。据研究表明在诸多预应力损失因素中，孔道预应力摩阻损失占比较大，其计算的准确性直接关系到桥梁的各项使用性能，因此对孔道预应力摩阻损失进行深入分析得到更精确的计算方法，对保障桥梁结构的安全运营具有重大现实意义。　　本文从现行规范孔道预应力摩阻损失计算公式出发，结合理论推导、有限元分析、试验研究，对弯曲孔道预应力摩阻损失问题进行了多维度的探讨，提出摩阻系数拟合结果更精确的摩阻损失计算公式。主要研究内容包括：　　（1）基于赫兹接触理论，认为预应力筋与混凝土之间的接触压力为非均匀分布。推导了任意非均布力下考虑摩擦力、接触压力、张拉力耦合作用的纯弯曲孔道摩阻损失公式，并通过忽略?值及其系数对计算结果的影响进行简化得到本文推导公式。对比分析了规范公式和推导公式在连续与非连续两种不同类型弯曲孔道的计算结果，发现推导公式在同等情况下比规范公式计算的摩阻损失更大。对于推导公式而言，其弯曲角度不具备可叠加性，在求解非连续弯曲孔道预应力摩阻损失时需要分段进行。　　（2）借助有限元软件ABAQUS对预应力筋与混凝土的接触行为进行仿真模拟，探究了接触压力分布模式及不同摩阻损失参数对最大接触压力的影响，证实了接触压力为非均匀分布模式，且弯曲角度越大其非均匀分布越明显。通过对比规范公式及推导公式计算的摩阻损失理论解和有限元数值解，发现在120°弯曲角度内，推导公式计算结果更接近有限元数值解；当弯曲角度大于120°时，由于忽略?值及其系数的影响使得计算结果会产生较大误差，因此得到推导公式的适用条件为单段圆弧最大弯曲角度不超过120°。　　（3）借助应变分布法对某PC连续刚构桥进行摩阻试验分析以探究弯曲孔道预应力摩阻损失的实际分布规律。通过对比实测应变与规范公式、推导公式计算的理论应变值，发现采用推导公式计算能在一定程度上减少对预应力损失的低估，计算结果对于保证桥梁结构的设计有效预应力具有重要意义。　　（4）推导了多曲线孔道预应力摩阻损失简化计算公式，并利用LM法对其进行摩阻损失参数识别。通过比对规范公式基于最小二乘法的拟合方法，发现推导公式能得到更精确的拟合结果，但无论是推导公式还是规范公式拟合结果均较设计值偏大，若按照设计摩阻系数计算将导致低估实际摩阻损失，建议通过现场实测摩阻系数为准确预测预应力摩阻损失提供可靠依据。
作者：	吴富勇
专业：	建筑与土木工程
导师：	杨雅勋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022