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预应力混凝土斜交箱形梁分析理论与试验研究

盛兴旺  
【摘要】: 本文通过理论公式推导、编程计算分析和模型试验,研究了斜交箱形梁的分析方法、 线性、非线性行为及极限承载力,主要工作有: 1.提出了斜交箱形梁空间位移场的计算方法:将斜交箱形梁沿纵向离散为若干斜 梁段单元,依据箱梁的构成进一步将斜梁段划分为若干板段子单元;各板段联结线上任 意点的位移按Hermite函数插值,假定各板段的面内位移沿其宽度方向线性变化,以描 述各板段面内位移;沿斜交箱梁段的纵向截取单位长度横截面框架,框架各杆件空间位 移按Hermite函数插值,以描述各板段面外位移;板段内任意点的空间位移最终以2个 面内位移和1个面外位移描述。这种位移场没有梁段整体转角位移,只有单元端部各节 点(包括悬臂板端点)的空间位移,因而作几何非线性分析时,不须采用欧拉角进行坐 标变换,大大简化了计算。 2.通过建立正、斜交坐标转换关系,提出了直接在斜变坐标系内描述单元整体位 移的方法。 3.提出了按板面内变形和板面外挠曲扭转计算斜交箱梁单元弹性应变能的方法, 其特点是考虑了拉压、弯曲、剪切、扭转、畸变和剪切滞后等各项应变能,克服了分项 计算的缺点。 4.利用势能驻值原理和“对号入座”~[104]法则,提出了分析正、斜交箱梁的“斜交 箱梁板梁段有限元法”及分析预应力钢筋混凝土结构非线性的预应力筋、普通钢筋和 混凝土复合单元。 5.建立了斜交箱梁极限承载力分析方法:基于斜交箱梁板梁段单元、预应力钢筋 混凝土复合单元、经典塑性力学,材料本构关系,按分段分块变刚度积分法,并结合混 凝土开裂应力释放,模拟分析了预应力混凝土斜交箱梁从开始加载、开裂、屈服、直到 破坏的全过程。对Chen-Chen三参数和Hinton双参数两种混凝土本构模型在非线性分 析中的应用做了初步的对比分析。 6.对已有“斜梁单元”有限元法进行了校验和改进,导出12个自由度“斜约束 正交梁单元”有限元列式,单元同时引入空间三个方向的刚臂,可模拟节点偏心。 7.设计并制作了三跨斜交连续梁的1:8模型梁,进行了多工况荷载作用下弹性试 验,采用分级加载,完成了破坏试验。得出了模型梁的位移、应力和反力分布情况、混 凝土裂缝分布图、荷载—位移全过程曲线。实测结果与理论计算结果吻合,验证了本 文线性、非线性分析理论和分析程序的可靠性。 8.编制了两套软件:斜交箱梁板梁段单元线性、非线性分析程序PBS和斜约束正 交梁单元弹性分析程序SB。对斜交箱梁结构,进行了一些设计参数分析。


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