详情

原文传递预应力混凝土连续箱梁开裂后的结构行为研究

论文题名：	预应力混凝土连续箱梁开裂后的结构行为研究
关键词：	预应力混凝土;连续箱梁;初始裂缝;结构行为;力学性能;非线性有限元
摘要：	预应力混凝土连续箱梁开裂后的结构行为的研究具有很大的理论和实用价值。但是预应力混凝土开裂后的结构行为呈现出较强的非线性效应，其影响因素主要有：混凝土的开裂，混凝土的拉伸刚化效应，混凝土的咬合作用，钢筋的屈服，钢筋的销栓作用等。鉴于上述各种复杂因素，目前国内外对箱梁非线性分析的研究主要内容是适合箱梁非线性分析的方法，而且大部分是基于钢筋混凝土梁，对预应力混凝土箱梁的研究相对较少。目前大量预应力混凝土箱梁出现裂缝，故而有必要深入研究预应力混凝土箱梁的结构计算理论、精确分析箱梁的非线性结构行为，以此来更有效地评估现有箱梁开裂后的力学性能。为了能够准确评估箱梁开裂后的结构行为，本文以预应力混凝土连续箱梁为对象进行研究。基于非线性有限元理论和实桥破坏性试验对预应力混凝土箱梁开裂后在竖向荷载作用下的非线性结构行为开展了深入的研究，全文主要包括以下内容。 1进择实体退化壳单元用于分析箱梁，该单元能反映结构形状和受力特性，又能简化单元划分和减少计算量。通过分层方法有效地考虑配筋混凝土壳的材料非线性问题。选择合理的混凝土和预应力钢筋的本构关系，介绍了非线性方程组的求解方法，改进了波前法使之能处理变自由度多种单元的问题，阐述了采用的弹塑性单元应力更新算法。 2)预应力混凝土箱梁中存在大量的曲线预应力钢筋，为了能够准确且有效的模拟预应力钢筋的力学性能，提出了一种可以方便模拟直线钢筋和曲线配筋的组合单元，该单元能适应钢筋在混凝土中的各种布置方式，对钢筋混凝土的力学行为具有较强的描述能力。该单元通过钢筋单元和混凝土单元之间的位移场关系形成钢筋对混凝土单元的贡献，将预应力钢筋对结构的作用直接反映在单元模型内部，从而大大减小了单元数量。 3)采用分离式的裂缝模式处理混凝土箱梁中初始裂缝。通过选取合适的裂面本构关系及合适的单元模型，将裂面上的混凝土、纵向钢筋、箍筋及弯起钢筋分别考虑，该模型能考虑混凝土的拉伸刚化效应、混凝土咬合作用、钢筋的拉伸及销栓作用。 4)基于上述理论，以Visual C++和Visual Fortran为平台，采用OpenGL图形开发标准开发了具有实用性的预应力混凝土箱梁非线性分析软件NAC，为实现箱梁开裂后的结构行为的定量分析奠定了坚实的基础。NAC程序能够给出结构内力和变形发展；能够描述裂缝的形成和开展，以及结构的破坏过程及其形态；能够对结构极限承载能力作出评估；能够揭示出结构的薄弱部位。同时它能广泛地适用于各种结构类型和不同受力条件和环境。本文同时通过3个算例研究了分析方法及程序的适用性和可靠性。 5)以一座三跨预应力混凝土连续箱梁为研究对象，结合实桥破坏性试验的测试数据，分析了箱梁开裂后的刚度退化及混凝土和预应力钢筋的应力重分布规律。根据腹板裂缝区域评定出箱梁开裂区的安全等级，采用本文推荐的不同位置裂缝的安全等级评定参考值就可以模拟出实际梁体的刚度退化。采用本文的评定值对一座预应力混凝土连续箱梁进行了评估计算。本文提出“局部应力重分布系数”参数来描述应力重分布现象。计算结果表明支座反力在箱梁开裂后调整较大。研究了初始裂缝对箱梁结构行为的影响，并探讨了初始裂缝的裂面力学性能。
作者：	张峰
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	叶见曙
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文