原文传递
动荷载作用下预应力混凝土靠船桩裂缝形态研究
| 论文题名： | 动荷载作用下预应力混凝土靠船桩裂缝形态研究 |
| 关键词： | 裂缝;钢筋混凝土;单元删除法;非线性有限元;港口工程;数值模拟 |
| 摘要： | 桩基是工程建设中非常重要的一种基础型式，桩基工程造价通常占到土建工程总造价的1/4以上。在港口工程中，通常在码头前沿设置靠船桩来减小码头所受的船舶撞击力、延长码头的使用寿命。靠船桩是在码头前沿打入土中的直桩，其利用自身的弹性变形和其上设置的橡胶冲垫的变形来吸收船舶的巨大撞击能量。 预应力钢筋混凝土靠船桩在偶然荷载作用下可能出现裂缝，混凝土的开裂对结构耐久性的影响成为不可避免的工程难题。裂缝不仅影响结构的外观，更给使用者造成心理恐慌;特别是对于水工钢筋混凝土结构，与水直接接触的构件很多，裂缝的存在容易导致构件内钢筋锈蚀，也严重地影响着结构和构件的承载能力、耐久性，以及抗渗性、抗冻性等性能。 对于外荷载作用下钢筋混凝土结构的裂缝问题，人们往往对三个方面的问题普遍关注，一个为裂缝的开裂荷载和对应开裂弯矩的大小，第二个为裂缝的发展及分布，第三个就是裂缝的宽度。截至目前，国内外对于预应力钢筋混凝土靠船桩的研究甚少，关于靠船桩在船舶动荷载下的裂缝问题的研究几乎处于空白状态。 基于钢筋混凝土结构裂缝的基本理论和钢筋混凝土仿真分析原理，运用研究所涉及的接触—碰撞理论、动力大变形理论、材料非线性理论，本文提出用单元删除法来模拟预应力钢筋混凝土靠船桩在外荷载下的裂缝，给出了单元删除法实施的具体步骤和裂缝宽度的计算方法，并将数值模拟结果与试验研究的结果进行对比分析。经过比选，采用JHC模型作为混凝土材料的本构模型，非常适合模拟动荷载作用下混凝土材料的弹塑性和粘性性质，可以模拟大应变、高应变率和高压作用下的混凝土材料的变形和破坏。最后证明，单元删除法不仅可以真实形象地模拟荷载作用下靠船桩的开裂荷载、开裂位置、裂缝的发展分布及裂缝形态，而且通过计算可以得到在不同荷载下裂缝宽度的大小。 基于材料的开裂韧性理论，对预应力钢筋混凝土靠船桩进行了优化设计。结果表明，运用较高的混凝土强度(C80)、较大的预张拉力（1.4倍的原设计值）、相对较高的配筋率(p=1.51％)对靠船桩试件重新优化设计，能够显著地提高靠船桩的开裂荷载值，大大减小试件的裂缝宽度，得到的裂缝更为细小，分布更加均匀，这从水工结构的防水和防锈的角度来讲是非常有利的，同时也为预应力钢筋混凝土靠船桩的设计提供参考依据。 |
| 作者： | 刘守宇 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 许锡宾 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
