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体外预应力加固箱梁的有限元分析

作　者: 史俊芳
导　师: 王荣霞
学　校: 河北工业大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 体外预应力混凝土箱梁加固 ANSYS箱梁模型 ANSYS模型计算受力性能影响因素
分类号: U448.213
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

体外预应力技术已在混凝土结构中得到广泛应用,并且成为加固既有混凝土结构行之有效的方法之一。本文在对体外预应力加固混凝土箱梁进行室内试验研究的基础上进行了加固箱梁的有限元分析。由于试验的样本容量是很有限的,有很多影响研究对象的关键因素并不能在试验过程中得到体现,在试验数据的分析中也很难得到结论。因此使用大型有限元分析软件ANSYS对试验箱梁进行模拟计算分析,用以补充试验的不足,用ANSYS建立模型的可靠性可以用试验得以验证,试验和软件模拟分析形成了相互补充相互佐证的关系。本文分析研究国内外试验研究资料、设计规范以及相关文献的基础上对体外预应力加固机理和力学性能进行了深入的研究。本文在体外预应力加固混凝土箱梁室内试验的基础上,对试验用混凝土箱梁的有限元建模进行了研究,包括混凝土模型的选择、钢筋模型的选择以及预应力钢绞线模型的选择,单元的划分和材料参数的确定等,同时对约束和体外预应力的施加进行了分析研究。建模完成后,用试验所得的数据与结论验证了模型的正确性和可靠性。在分析计算阶段,对影响体外预应力加固箱梁受力性能的各种因素进行了深入的研究。在试验中无法得到体现的关键因素包括混凝土标号、体外预应力筋相对于箱梁的位置、普通钢筋的配筋率、箱梁的标准跨径、有效控制应力的大小等,使用有限元分析软件模拟计算得到的计算结果,可以分析得出上述因素对梁体整体受力性能的影响。这对使用体外预应力技术加固的箱梁理论和试验研究提供了丰富了理论指导,有利于对体外预应力加固机理和力学性能进行更为深入的研究。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1-1 引言  10-11
  1-2 体外预应力技术在桥梁工程中的应用  11-12
  1-3 体外预应力理论的国内外研究现状  12-13
  1-4 体外预应力技术的试验研究现状  13-14
  1-5 本文主要的研究内容和研究方法  14-15
  1-6 本章小结  15-16
第二章体外预应力加固混凝土箱梁室内静载试验概况  16-22
  2-1 试验的研究目的及意义  16
    2-1-1 试验的研究意义  16
    2-1-2 试验的研究目的  16
  2-2 试验概况  16-18
    2-2-1 试验梁的设计  16-17
    2-2-2 试验材料的基本情况  17-18
  2-3 试验结果分析  18-21
    2-3-1 跨中挠度的试验分析  18
    2-3-2 裂缝的试验分析  18-19
    2-3-3 混凝土截面上下缘应变试验结果分析  19
    2-3-4 体外预应力增量的分析  19-21
  2-4 本章小结  21-22
第三章体外预应力混凝土箱梁三维有限元分析  22-38
  3-1 有限元法概述  22-23
    3-1-1 有限元法概念  22
    3-1-2 有限元法的实现  22-23
  3-2 有限元分析软件ANSYS 程序简介  23-30
    3-2-1 ANSYS 结构分析功能  24-26
    3-2-2 有限元模型建立方法  26
    3-2-3 有限元单元类型  26-28
    3-2-4 有限元网格划分  28-29
    3-2-5 加载求解  29
    3-2-6 后处理分析  29
    3-2-7 关于ANSYS 计算精度和收敛的问题  29-30
  3-3 体外预应力加固箱梁ANSYS 三维有限元模型的建立  30-35
    3-3-1 钢筋混凝土有限元模型的选择  30
    3-3-2 初始模型结构材料计算参数的选取  30-35
  3-4 ANSYS 计算结果和试验结果对比分析  35-37
  3-5 本章小结  37-38
第四章预应力加固构件受力性能影响参数的研究  38-49
  4-1 概述  38-39
    4-1-1 研究背景  38
    4-1-2 现有研究成果和研究现状  38-39
  4-2 混凝土强度的改变对箱梁受力性能的影响  39-42
    4-2-1 混凝土的强度  39-40
    4-2-2 实现混凝土强度在ANSYS 模型中的改变  40
    4-2-3 ANSYS 模拟结果  40-41
    4-2-4 分析  41-42
    4-2-5 结论  42
  4-3 有效预加应力的改变对箱梁受力性能的影响  42-44
    4-3-1 预应力钢绞线  42
    4-3-2 有效控制应力  42-43
    4-3-3 ANSYS 模拟结果  43
    4-3-4 分析  43-44
    4-3-5 结论  44
  4-4 预应力钢绞线的位置变化对加固箱梁受力性能的影响  44-46
    4-4-1 预应力钢绞线的位置  44-46
    4-4-2 结论  46
  4-5 普通钢筋配筋率的变化对加固箱梁受力性能的影响  46-48
    4-5-1 普通钢筋配筋率  46-47
    4-5-2 ANSYS 模拟结果  47-48
    4-5-3 结论  48
  4-6 本章小结  48-49
第五章结论及展望  49-51
  5-1 结论  49-50
  5-2 工作建议  50
  5-3 展望  50-51
参考文献  51-53
附录 1:ANSYS 模型命令流(N-MM)  53-56
附录 2:箱梁设计图  56-58
致谢  58

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