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原文传递梁桥钢/FRP束与混凝土相互作用分析理论与系统研究

论文题名：	梁桥钢/FRP束与混凝土相互作用分析理论与系统研究
关键词：	预应力混凝土桥梁;预应力束;混凝土;相互作用;结构稳定性
摘要：	在目前用得较多的混凝土、预应力混凝土桥梁中，混凝土和筋束的相互作用形成桥梁的结构功能。尤其对于预应力混凝土桥梁，常将预应力钢/FRP束的作用，转化为外荷载，欠考虑它们之间的相互作用。针对这个问题，我们尝试研究钢/FRP束与混凝土相互作用分析理论与系统，以期解决不断出现的梁桥新材料、新结构的设计与施工分析。首先，研究并提出了梁桥钢/FRP束与混凝土相互作用分析方法。在提出异种材料组合构件和协作关系概念的基础上，研究并推导了预应力束与混凝土的协作关系，建立了一种新的基于协作关系的异种材料组合构件的结构几何非线性和结构稳定性分析方法。通过实例计算证明了该方法具有单元性态好，计算效率高，能考虑混凝土时变特性等优点。同时，有效解决了钢/FRP束与混凝土相互影响，如钢/FRP束对混凝土徐变的影响，特别是在节段施工预应力混凝土结构中，因分批张拉引起先期索的预应力损失问题。因分析反映实际的结构行为，这就提高了对各种事故的预见性，保证结构强度、稳定性安全。其次，在上述理论和方法的基础上，研制了一套具有自主知识产权，功能强大的桥梁分析系统WXQ2.0。研究并实现了固有振动、强度及稳定的同步分析与预警。接着，基于所提出的理论、方法和系统，进行了～些成功的应用，例如：第一，在弯桥设计分析中的应用。弯桥最显著的受力特点是，梁截面在发生竖向弯曲的同时产生扭转，而扭转作用也将导致粱的挠曲变形。这种“弯一扭”耦合作用造成了弯桥复杂的空间力学特性。尤其对于预应力混凝土弯桥，预应力束与混凝土之间具有复杂的相互作用机理。为研究这种复杂的相互作用机理，使用上述基于协作关系的空间有限元法来分析弯桥的空间力学效应的方法。该方法可对预应力索张拉过程进行合理模拟，有效计算分析预应力束张拉力效应。从而有效分析预应力束、混凝土共同工作的整体结构行为。在此基础上，基于我们所研制的弯斜桥设计施工分析系统WXQ2.O，以实例说明基于钢束与混凝土协作关系的弯桥空间分析方法的效率及可靠性。第二，在体外预应力梁桥设计分析中的应用。为了寻求实用、高精确度的体外束应力增量计算方法，基于体外束与混凝土协作关系，研究应力增量分析方法。针对典型断面构件中相互独立的体外束与混凝土一起工作所需满足的关系，推导了预应力束与混凝土协同工作的主从关系式。这种体外束与混凝土协同工作的关系可由非线性有限元的求解过程自动实现，即在进行不平衡力的迭代时，引入预应力束与混凝土的变形协调关系。进而可方便求出体外束随结构变形而产生的伸长量及应力增量。算例表明，所提出的方法可有效地分析体外束应力增量，模拟体外束预应力桥梁的结构行为。第三，在FRP束预应力混凝土构件设计分析中的应用。FRP束预应力混凝土构件较钢束预应力混凝土构件具有某些优点。由于FRP束的材料性能与表面形态不同，因此对FRP束预应力混凝土构件的设计计算不能简单的套用钢筋混凝土的设计规范。通过对FRP预应力束预应力混凝土梁进行分析，并与试验值进行比较，说明了所提出计算方法的合理性和准确性。
作者：	何雄君
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	范立础
授予学位：	博士后
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文