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《山东农业大学》 2007年
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无粘结部分预应力混凝土叠合结构的力学性能研究与数值仿真

刘佩玺  
【摘要】: 叠合梁是建筑工程中常见的一种结构形式,它将预制与现浇工艺相结合,与现浇梁相比,具有施工方便、节约模板、缩短工期、降低造价等优点,与预制装配式梁相比,具有整体性好、抗震性能好等优点。其效益已为众多工程实践所证实,大力发展和研究这种结构是符合我国工程建设需要的。 本文在无粘结部分预应力混凝土叠合梁的受力性能试验研究的基础上,利用有限元分析软件ANSYS对试验全过程进行了仿真模拟。 本文总结了近年来国内外无粘结部分预应力混凝土叠合结构方面的研究现状,系统归纳了钢筋混凝土非线性有限元法作为设计理论的优点和意义,以及存在的问题。系统整理了20根无粘结部分预应力混凝土叠合梁(其中2根为对比梁)受力性能的试验研究,在试验结果和理论分析的基础上,总结出了无粘结部分预应力混凝土叠合梁的承载力、变形和裂缝特性,以及“荷载预应力”、“应力超前”、“压应变滞后”的产生机理。 系统阐述了混凝土非线性理论,包括破坏准则(单轴和多轴)、本构模型(Ottosen非线性弹性全量模型和弹塑性本构模型)和钢筋混凝土非线性有限元模型(整体式、分离式和组合式模型)。对本次模拟中两种主要单元Solid65和Pipe20的特性和应用条件进行了详细的阐述,对软件中混凝土的屈服准则、裂缝模式、压碎处理进行了系统的论述。考虑到钢筋和混凝土的联合作用,采用分离式模型,裂缝采用片状裂缝模式,不考虑混凝土的压碎,根据本次试验的特点,利用ANSYS中单元生死功能和重起动技术来解决试验梁二次浇筑和二次受力特性。 本文在已有的混凝土叠合结构研究成果基础上,考虑其自身受力的特点,用有限元软件ANSYS建立了无粘结部分预应力混凝土叠合梁的力学模型,分析了在二次荷载作用下从加载到破坏的全过程,得到了试验梁的承载力和变形,以及应变和应力的全过程变化曲线,对“荷载预应力”、“应力超前”和“应变滞后”这些叠合结构的典型特征进行了详细的分析,并间接得到了试验梁裂缝宽度值。经过对比分析,数值模拟值与实测值吻合良好,证明用ANSYS来分析无粘结部分预应力混凝土叠合结构是可行的,数值模拟结果是可靠的。 在国内外叠合面试验研究的基础上,建立了叠合面剪切滑移数值模型,分析了叠合梁在试验荷载作用下叠合面的抗剪性能,与试验内容和数据相近的山东建筑科学研究院和原武汉水利电力大学研究成果对比分析,得出本次试验叠合梁不会发生叠合面剪切破坏而引起的构件破坏,即叠合面能保证整个梁的正常工作状态。 以上研究结果可为无粘结部分预应力混凝土叠合梁的工程应用和进一步研究提供参考。最后,对本文研究进行全面总结,并就该课题的进一步深化提出建议
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU378

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