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预应力混凝土变截面连续箱梁裂后受力性能研究

林新元  
【摘要】:论文在综述国内外预应力箱梁裂缝病害研究成果的基础上,详细介绍了裂缝对预应力箱梁受力性能的影响。采用分级反复加载的方法对预应力混凝土变截面连续箱梁模型进行破坏性加载,结合非线性有限元分析方法,研究了不同裂缝扩展等级下预应力混凝土变截面连续箱梁刚度折减和剪力滞系数变化规律。 推导了适用于薄壁结构的三维壳体有限元列式,引入总应变裂缝模型模拟混凝土裂缝扩展,推导了预应力钢筋组合有限元分析基本方程,采用增量迭代法进行非线性方程组求解。采用实测数据验证了非线性有限元数值模型中参数的有效性,在此基础上,分别分析了跨中、1/4跨和支座处裂缝对梁体受力特性的影响。总结了单箱双室箱梁各个关键断面在不同荷载等级下的应变分布规律,研究了梁体在裂缝出现后的应力重分布特性,分析了箱梁裂后的顶、底板剪力滞系数变化规律。采用MATLAB语言编制了基于Levenberg-Marquardt算法的优化程序,采用ANSYS APDL语言建立了箱梁有限元模型。融合以上两个分析模块,实现了最优化理论在梁体抗弯刚度损伤评估中的应用。本文在对箱梁刚度损伤评估时同时采用了另外一个方法,直接基于荷载-挠度曲线信息构建了梁体刚度损伤指标。将两种方法得到的结果进行比较分析,证明了直接构建的刚度损伤指标的准确及实用性。 本文主要创新性研究成果概述如下: 1.对预应力混凝土变截面连续箱梁进行了反复荷载作用下的极限承载能力试验研究,该类型试验为国内首次。 2.推导了预应力钢筋组合有限元分析基本方程,并将之运用到非线性有限元计算中去。该方法克服了离散有限元模型单元数量过多的缺点,有效提高了非线性有限元计算的准确性,同时降低了非线性有限元计算分析时间。 3.研究了裂缝对预应力混凝土变截面连续箱梁顶、底板剪力滞效应的影响。 4.采用裂缝密度参数定量描述箱梁腹板裂缝扩展等级,提出了裂缝密度参数和箱梁刚度折减系数的关联模型。对21个有限元模型的计算结果进行统计回归,提出了考虑主梁宽跨比、边中跨比和荷载因子3个参数的箱梁刚度折减系数数学模型。


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