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劲性骨架对钢筋混凝土拱桥极限承载力的影响

作　者: 赵晓斌
导　师: 张永水
学　校: 重庆交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 劲性骨架钢筋混凝土拱桥极限承载能力评价指标有限元模型
分类号: U448.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

钢筋混凝土拱桥是我国西南地区应用最为广泛的一种桥型,而劲性骨架作为钢筋混凝土拱桥的一种新兴结构类型及施工方法,目前关于其对钢筋混凝土拱桥结构极限承载力影响的研究尚不成熟,因此,总结出劲性骨架对钢筋混凝土拱桥极限承载力的影响规律,对于解决钢筋混凝土拱桥承载力综合评价的问题,保障桥梁安全施工及使用具有重要意义。本论文在调查、收集大量钢筋混凝土拱桥极限承载力研究理论及试验资料的基础上,详细介绍了劲性骨架钢筋混凝土拱桥拱圈结构极限承载力的研究理论及方法。同时,将有限元分析法的思想应用于劲性骨架钢筋混凝土拱桥拱圈结构的极限承载力综合评价中,运用大型有限元分析软件Midas FEA模拟构造了以劲性骨架钢筋混凝土拱桥拱圈构件作用效应与抗力效应为研究目标的有限元模型。该模型是以四川昭化嘉陵江劲性骨架钢筋混凝土特大拱桥为原型来拟定的截面尺寸及形式,进行了钢筋混凝土拱桥拱圈结构承载力评价的全过程破坏模型研究,并提取了相关的有限元分析结果。另外,本论文借鉴已有规范及相关研究成果,采用定量的方法对劲性骨架钢筋混凝土拱桥拱圈结构承载能力状态进行分析,总结出了劲性骨架是如何影响钢筋混凝土拱桥极限承载力指标的理论计算方法。通过理论分析总结出的劲性骨架对钢筋混凝土拱桥极限承载力影响的评价模式,具有较强的可行性和适用性,可应用于我国劲性骨架钢筋混凝土拱桥的极限承载力评价。本文的主要结论,主要有如下内容:①含有劲性骨架的钢筋混凝土构件的承载力要大于不含劲性骨架的钢筋混凝土构件。从理论上来讲,主要是因为在弯矩作用下,劲性骨架部分偏心受拉,混凝土部分偏心受压,因此,劲性骨架钢筋混凝土构件的承载力要大于劲性骨架部分承载力和混凝土部分承载力的简单叠加;但在实际计算中仍可简化计算。②单独考虑材料非线性或者是单独考虑几何非线性,对于后期的应力计算结果都是偏小的;而不考虑劲性骨架与混凝土之间的粘结滑移,使两种材料共用节点完全粘结,就会增大误差,造成与实际情况差距较大;因此,建议在进行劲性骨架钢筋混凝土承载力计算的时候,双重非线性的模拟是十分必要的,同时也必须考虑劲性骨架与混凝土之间的粘结滑移。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-19
  1.1 劲性骨架钢筋混凝土结构  8-16
    1.1.1 劲性骨架钢筋混凝土简介  8
    1.1.2 劲性骨架钢筋混凝土的结构特点  8-9
    1.1.3 劲性骨架钢筋混凝土的历史与发展  9-11
    1.1.4 劲性骨架钢筋混凝土的研究状况  11-12
    1.1.5 劲性骨架钢筋混凝土结构可参考依据的规范  12-15
    1.1.6 劲性骨架钢筋混凝土在桥梁工程中的发展与应用  15-16
  1.2 劲性骨架钢筋混凝土结构极限承载力  16-18
  1.3 本文主要研究内容  18-19
第二章劲性骨架钢筋混凝土力学性能及计算理论  19-31
  2.1 劲性骨架钢筋混凝土力学性能  19-20
  2.2 劲性骨架与混凝土的共同工作  20-21
  2.3 劲性骨架钢筋混凝土承载力计算理论  21-25
    2.3.1 《钢骨混凝土结构设计规范》中的计算方法  22-24
    2.3.2 《型钢混凝土组合结构设计规程》中的计算方法  24-25
  2.4 钢管混凝土格构柱的计算  25-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章粘结滑移理论及本构关系的选取  31-39
  3.1 劲性骨架钢筋混凝土结构计算时粘结滑移理论的选取  31-33
  3.2 劲性骨架钢筋混凝土结构计算时本构关系的选取  33-38
    3.2.1 有限元单元类型的选取  33-34
    3.2.2 有限元材料本构关系的选取  34-38
  3.3 本章小结  38-39
第四章非线性分析理论及方法  39-50
  4.1 结构几何非线性计算理论概述  39-40
  4.2 几何非线性有限元方程的建立  40-44
    4.2.1 变形体的运动描述  40-41
    4.2.2 总体拉格朗日列式法  41-43
    4.2.3 更新的拉格朗日列式法  43
    4.2.4 T.L 列式与U.L 列式的异同及适用范围  43-44
  4.3 桥梁结构分析常用单元的切线刚度矩阵  44-46
    4.3.1 平面梁单元的切线刚度矩阵  44-45
    4.3.2 空间梁单元的切线刚度矩阵  45-46
  4.4 几何非线性有限元方程的数值解法及其应用  46-49
    4.4.1 荷载增量法  46-47
    4.4.2 迭代法  47-48
    4.4.3 混合法  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章劲性骨架钢筋混凝土极限承载力的有限元计算  50-88
  5.1 劲性骨架钢筋混凝土拱桥的构造  50-54
    5.1.1 拱箱截面尺寸  50-51
    5.1.2 劲性骨架构造  51-53
    5.1.3 依托工程项目劲性骨架构造介绍  53-54
  5.2 模型情况概述  54-58
    5.2.1 截面尺寸拟定及分组  54-56
    5.2.2 非线性分析方法及收敛准则  56
    5.2.3 混凝土裂缝的处理  56-57
    5.2.4 极限荷载的判定  57-58
  5.3 模型承载力有限元分析  58-86
    5.3.1 建立几何模型  58
    5.3.2 模型参数  58-62
    5.3.3 施加荷载  62-63
    5.3.4 有限元分析模型的验证  63-64
    5.3.5 有限元分析结果  64-86
  5.4 本章小结  86-88
第六章钢管劲性骨架混凝土构件实用计算方法  88-94
  6.1 单肢钢管劲性骨架混凝土的计算方法  88-92
  6.2 钢管劲性骨架混凝土的计算方法  92
  6.3 本章小结  92-94
第七章结论及展望  94-97
  7.1 本文研究的主要结论  94-95
  7.2 前景展望  95-97
参考文献  97-100
致谢  100-101
在学期间发表的论著及取得的科研成果  101

劲性骨架对钢筋混凝土拱桥极限承载力的影响

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