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考虑剪力滞影响的变截面PC悬臂箱梁时变效应分析

作　者: 陈雷
导　师: 胡狄
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 预应力混凝土箱梁变截面剪力滞徐变钢筋约束有限差分法
分类号: U448.213
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

变截面薄壁箱梁形式的大跨径预应力混凝土梁桥普遍采用悬臂法施工,施工期间箱梁处于悬臂状态,较准确预测悬臂箱梁的变形和应力是控制施工期间线形及成桥后箱梁线形满足设计要求的重要依据。混凝土徐变引起梁体变形随时间而变化,而剪力滞会增加梁体的附加变形,因此,进行考虑剪力滞影响的变截面预应力混凝土箱梁的时变效应分析具有重要的工程意义。本文从能量原理和内力平衡条件出发,研究了综合考虑剪力滞、钢筋配筋率、预应力筋应力松弛等影响的变截面预应力混凝土悬臂箱梁徐变效应,为深入研究桥梁悬臂法施工过程中梁体线形和混凝土、钢筋应力随时间变化提供思路,具有理论意义和工程价值。首先运用能量变分法,推导了考虑钢筋影响的剪力滞控制微分方程,利用有限差分法得到了变截面悬臂箱梁在恒载和预加力作用下的应力、挠度和剪力滞系数计算表达式。通过引入随时间变化的混凝土本构方程,根据任意时刻截面内力平衡方程和变形协调条件,结合剪力滞计算假定,提出了考虑剪力滞、混凝土收缩和徐变、预应力筋应力松弛、配筋率等影响的预应力混凝土变截面悬臂箱梁时变效应分析方法,建立了以有限差分法为基础的半解析计算表达式；在此基础上,模拟悬臂法施工特点,推导出了一套能应用于跟踪悬臂法施工过程的变截面悬臂箱梁时变效应计算公式。最后,使用Matlab语言对本文方法和公式进行编程,计算分析了悬臂法施工的东江公路大桥施工期间梁体变形及混凝土应力、剪力滞系数,并将计算结果与不考虑剪力滞影响的有限元软件计算值进行对比,表明本文建立的方法可进行考虑剪力滞影响的变截面预应力混凝土悬臂箱梁时变效应分析,推导出的公式可进行考虑剪力滞、混凝土收缩和徐变、预应力筋应力松弛、配筋率等影响的梁体时变变形、混凝土时变应力的计算。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 研究考虑剪力滞影响的PC箱梁徐变效应的现实意义  9-11
  1.2 国内外关于箱形梁剪力滞和混凝土徐变效应的研究现状  11-16
    1.2.1 国内外关于箱形梁剪力滞的研究现状  11-14
    1.2.2 国内外关于混凝土徐变效应的研究现状  14-16
  1.3 本文的研究目的和主要内容  16
  1.4 本文的创新点  16-17
第二章混凝土徐变效应的研究及分析方法  17-26
  2.1 混凝土徐变的机理  17
  2.2 影响混凝土徐变的因素  17-18
  2.3 徐变特性的主要描述方法  18-23
    2.3.1 徐变系数  18-22
    2.3.2 徐变度  22
    2.3.3 徐变函数  22-23
  2.4 桥梁结构徐变效应分析计算方法  23-25
    2.4.1 Dishinger法和扩展Dishinger法  23-24
    2.4.2 按龄期调整的有效模量法  24
    2.4.3 中值系数法  24-25
    2.4.4 分时步叠加法  25
    2.4.5 增量形式递推法  25
    2.4.6 全量形式递进法  25
  2.5 本章小结  25-26
第三章变截面悬臂箱梁剪力滞效应分析  26-46
  3.1 概述  26
  3.2 应用能量变分法建立基本方程  26-38
    3.2.1 变截面PC悬臂箱梁上作用的荷载情况  26-27
    3.2.2 基本假定  27-28
    3.2.3 建立能量方程  28-37
    3.2.4 建立基本方程  37-38
  3.3 应用有限差分法求解基本方程  38-42
  3.4 变截面PC悬臂箱梁在荷载作用下的剪力滞效应分析  42-45
    3.4.1 求解刚度矩阵  43
    3.4.2 求解荷载列阵  43-44
    3.4.3 求解位移列阵  44
    3.4.4 任意截面x_j处的应力、应变、挠度和剪力滞系数的计算  44-45
  3.5 本章小结  45-46
第四章变截面悬臂梁桥考虑剪力滞影响的徐变效应分析  46-63
  4.1 概述  46
  4.2 变截面PC悬臂箱梁桥考虑钢筋、剪力滞影响的时变效应分析  46-56
    4.2.1 引入Trost-Bazant方程  46-48
    4.2.2 建立平衡方程  48-53
    4.2.3 t时刻的任意截面的应力、应变和挠度  53-55
    4.2.4 应用差分法求解t时刻变截面PC悬臂梁桥的应力、应变和挠度  55-56
  4.3 施工阶段悬臂梁桥考虑剪力滞影响的徐变效应分析  56-62
    4.3.1 t1时刻1#块节段考虑剪力滞影响的徐变效应分析  56-60
    4.3.2 ti时刻1#块节段考虑剪力滞影响的徐变效应分析  60-61
    4.3.3 ti时刻r#块节段考虑剪力滞影响的徐变效应分析  61-62
    4.3.4 t时刻各节段考虑剪力滞影响的徐变效应分析  62
  4.4 本章小结  62-63
第五章算例及分析  63-85
  5.1 本文方法计算结果与实验值比较  63-68
    5.1.1 悬臂梁根部应力比较  63-65
    5.1.2 悬臂梁桥的负剪力滞效应  65-68
  5.2 东江桥悬臂梁节段法施工模拟  68-84
    5.2.1 材料属性及截面参数  68-69
    5.2.2 荷载情况  69-70
    5.2.3 划分施工工况  70
    5.2.4 建立东江桥悬臂梁MIDAS模型  70-71
    5.2.5 各施工工况悬臂梁控制截面应力  71-82
    5.2.6 各施工工况悬臂梁各节段截面挠度  82-84
  5.3 本章小结  84-85
第六章结语与展望  85-87
  6.1 本文的主要工作及结论  85-86
  6.2 今后的工作及努力方向  86-87
参考文献  87-90
致谢  90-91
攻读硕士学位期间论文发表及参与科研情况  91

考虑剪力滞影响的变截面PC悬臂箱梁时变效应分析

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