预应力高强混凝土梁受力的非线性有限元分析
钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构是土木工程中最为重要、应用最为广泛的结构形式之一。随着计算机技术的高速发展，钢筋混凝土结构非线性有限元分析法得到较大发展。采用非线性有限元分析方法对其力学行为进行仿真计算，以获得结构内力和变形发展的全过程，更加详细地研究裂缝的形成和发展以及结构的破坏过程和形态，寻找结构的薄弱环节以便加以改进，对于结构设计具有重要意义． 本文的选题是基于钢筋混凝土结构非线性有限元分析实用化的考虑，试图为预应力混凝土结构的设计和研究寻找一种切实可行、精确高效的分析工具，实现对预应力混凝土结构的“虚拟试验”，将非线性有限元分析技术应用到实际结构的分析中去。 本文首先简要介绍了预应力混凝土技术及其设计理论的发展概况、钢筋混凝土非线性有限元法的发展、特点及工程应用及其相关理论。最后运用非线性有限元法对三种不同截面形式的预应力高强混凝土梁进行了受力全过程的仿真分析，具体做了以下几个方面的工作： 1、在通用有限元软件ANSYS基础上，选择适当的材料本构模型和单元类型，通过试算确定了合理的裂缝张开剪力传递系数和单元划分大小的基础上，对12根预应力高强混凝土矩形截面梁进行了考虑材料非线性的有限元分析。获得了梁在整个受力过程中的跨中弯矩～挠度曲线、受压边缘混凝土和预应力筋的荷载-应变曲线、开裂荷载、极限荷载，以及屈服位移、极限位移和位移延性系数等计算成果，与试验结果对比符合良好，表明基于ANSYS程序建立的有限元数值模型是合理的，用于研究预应力混凝土受弯构件的变形性能是可行的。 2、在以上预应力混凝土矩形截面梁分析的基础上，对17根不同设计参数的预应力混凝土T形截面梁进行了分析。得到了T形截面梁在整个加载过程中的荷载-变形全过程曲线、混凝土和预应力钢筋的荷载-应变曲线、屈服位移、极限位移及位移延性系数，讨论了预应力比率、配筋指数、混凝土强度等级、跨高比、截面类型、钢绞线延伸率和张拉控制应力对预应力混凝土T形截面梁位移延性的影响规律。 3、对跨度16m的双拱门式空心板和焦作至新庄高速公路工程中采用的跨度20m的空心板进行了受力全过程的非线性有限元分析。将双拱门式空心板施工阶段的预应力状态和变形、开裂荷载、极限荷载、跨中弯矩-挠度曲线、混凝土和受压钢筋的跨中弯矩-应变曲线和位移延性系数等分析结果与试验值进行了对比。分析了后者预应力传递区内裂缝产生的原因、混凝土强度等级对空心板延性及承载力的影响，可供空心板结构分析和优化设计时参考。
- 作者：
- 张波
- 学位授予单位：
- 华北水利水电学院
- 专业名称：
- 水工结构工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2007年
- 导师姓名：
- 赵顺波
- 中图分类号：
- TV313
- 关键词：
- 预应力混凝土梁；有限元分析；位移延性；裂缝形成；力学行为；仿真计算；结构设计；水工结构
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