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混凝土桥梁D区的力流传递机制及参数化设计理论
| 论文题名： | 混凝土桥梁D区的力流传递机制及参数化设计理论 |
| 关键词： | 混凝土桥梁;应力扰动区;力流传递机制;拉压杆模型;参数化设计理论 |
| 摘要： | 混凝土结构中的应力扰动区（D区）是指截面应变不符合平截面假定的区域，一般位于集中力作用点附近或几何尺寸突变部位。在当前的桥梁工程实践中，普遍面临着D区裂缝病害频发而设计依据不足的技术挑战。只有深入认识D区内部的传力机理，才能建立较为理性的设计方法。 本文通过传力机制试验研究、拉压杆模型理论研究和力流线模型理论研究，深入揭示了多类典型D区内部的力流传递机制，为混凝土桥梁结构D区的设计提供了科学依据和参数化设计方法。主要研究工作包括: (1)通过开展小剪跨比加载RC梁和U形钢筋搭接接缝的试验，分别研究了“直接力流”和“迂回力流”两种基本力流传递机制。 (2)深入研究了拉压杆模型的最小应变能建立准则，提出了寻找拉压杆模型最优参数化构形的一整套策略，据此定量揭示了集中力在深梁、端部锚固区、中间锚固区和横梁锚固区内的力流传递特征。 (3)提出了拉压杆模型的最大强度建立准则，并据此得到了一些重要的推论:针对小剪跨受力区域，从理论上推导了“拱模型”和“桁架模型”两种机制作用比例的计算公式;针对RC浅梁，推导了变角桁架模型中斜压杆倾角这一关键参数，并得到了形式简洁且计算精度较好的抗剪强度简化计算公式。 (4)发展了用于D区简化分析的力流线模型，具有物理意义明确、便于解析计算两大特点。力流线模型是由从连续体内抽象出的等值力流线所构成的，用以反映结构内部的荷载传递路径，且其沿线的几何信息能够定量表达结构关键截面的弹性应力分布。 (5)针对端部锚固区、深梁和牛腿这三类典型D区，分别建立了力流线数学模型，推导了曲线力流所产生的受拉效应简化计算公式，可作为D区抗裂配筋设计的理论基础。同时，对于更复杂的受力情形，研究了基于力流线的D区计算机辅助设计方法，可实现力流线的自动生成及其进一步转换为拉压杆模型。 (6)在拉压杆模型和力流线模型理论研究的基础上，建立了混凝土桥梁结构中多类典型D区的参数化设计方法，包括端部锚固区、三角齿块锚固区、体外预应力锚固横梁、独柱式桥墩盖梁以及支座处横隔梁等。 |
| 作者： | 贺志启 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 刘钊 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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