预应力混凝土桥梁结构非线性仿真研究

针对现代预应力桥梁结构受力复杂、非线性效应明显的问题,从理论上对其非线性仿真方法进行了探讨。通过在实体等参元中引入梁和板壳等理论,提出了用于复杂混凝土桥梁结构仿真建模的实体退化系列单元;从预应力筋的实际作用机理出发,提出了预应力效应分析的二阶段法;建立了混凝土徐变的三参数粘弹性模型,并推导了三维徐变效应分析的递推公式;从几何非线性、材料非线性及求解方法等三个方面对混凝土开裂及极限承载能力分析的具体实现方式进行了讨论。用三个算例分别对预应力、徐变及极限承载状态等的分析方法的有效性进行了验证。结果表明,本文方法能更真实有效地模拟实际结构,客观分析预应力及徐变的三维效应,可以准确预测结构的开裂及极限承载状态,具有很强的适用性。     

桥梁空间分析中预应力效应分析方法研究

预应力技术在桥梁中的广泛使用,使得桥梁结构受力状况复杂,对预应力混凝土桥梁进行空间分析是必要的;但由于预应力筋数量庞大且形状复杂,对预应力空间效应的模拟是预应力混凝土桥梁空间分析的难点。从预应力筋的实际作用机理出发,提出在预应力张拉阶段用等效节点荷载来模拟预应力对结构的作用;而在预应力管道灌浆后,将预应力筋作为结构的一部分,用实体退化单元进行结构分析,并用两算例对本文的方法进行了验证。结果表明,该方法能真正模拟预应力的空间效应,可用于预应力混凝土桥的空间分析。     

预应力等效荷载的应用及非线性阶段计算方法

等效荷载概念在预应力结构的研究和设计中存在广泛应用．依据等效荷载的经典定义,对线性变换后预应力等效荷载是否变化进行论述,指出采用等效荷载法计算预应力混凝土受弯构件在使用阶段的预加力反拱值时,应取用净截面刚度．针对工程界提出的一些观点,用解析方法证明直线、抛物线组合线型力筋的预应力作用仍可用等效荷载法计算,以及等效荷载法并不存在与预应力筋线型相关的局限性．为回答无粘结、有粘结预应力筋应力增长后等效荷载是否变化的问题,提出实时等效荷载的概念,建立了预应力混凝土梁实时等效荷载的计算方法．推导基于实时等效荷载的承载力极限状态平衡方程,并证明其与将预应力筋完全作为抗力材料的平衡方程具有等价性．最后,介绍了实时等效荷载运用于预应力结构非线性阶段变形计算时所体现的优越性．     

预制预应力综合管廊接头设计计算方法研究

以2010年上海世博会园区预制预应力综合管廊工程为背景, 基于内力平衡和变形协调条件, 并考虑接头拼缝变形形态、预应力筋伸长和遇水膨胀橡胶条弹性模量的影响, 提出了包含抗 弯刚度计算模型和抗弯承载力计算模型的采用预应力筋连接的预制预应力综合管廊接头设计 计算方法. 与现有试验结果的对比分析表明, 该方法的计算结果与试验结果吻合良 好. 该文的主要研究成果已成功应用于2010年上海世博会园区预制预应力综合管廊工程.     

配有斜筋混凝土梁抗剪承载力计算与试验

以剪压破坏时配有斜筋的混凝土梁为研究对象,考虑临界斜裂缝处各钢筋拉应力和剪应力的影响,基于极限平衡理论和复合应力状态下混凝土的强度准则,建立了极限抗剪承载力的计算公式。对配有斜筋混凝土梁进行的试验研究发现,理论值与试验值的误差不超过5%。研究表明:箍筋与纵筋、斜筋与纵筋的相对配筋率以及剪跨比对临界斜裂缝顶端混凝土受压区的高度影响较为显著,进而影响抗剪承载力;临界斜裂缝顶端混凝土在复合应力状态下发生破坏,竖向压应力的作用不应忽略;斜筋和箍筋的剪应力对极限抗剪承载力影响较小,计算中可不予考虑。     

预应力约束下混凝土梁端的边角受压极限承载力分析1）

根据摩尔库伦破坏准则,提出梁端混凝土在预应力钢筋约束下的边角受压极限承载力的计算方法,并得出极限承载力理论值。通过与有限元软件ABAQUS计算出梁端混凝土在预应力钢筋约束下的边角受压极限承载力结果进行比较,发现摩尔库伦破坏准则所得的理论公式与数值分析结果相近,验证了本文推导的理论公式的正确性。该理论公式表明,预应力能较好地改善梁端混凝土的受力状态,提升梁端的极限承载力。     

泊松比对钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

主要研究在几何和材料双非线性影响下,分析大跨度钢管混凝土拱桥钢管内混凝土泊松比变化对桥梁极限承载力的影响.。以某桥为背景,利用ansys程序进行三维有限元仿真分析,在考虑混凝土泊松比变化情况下,逐步改变核心混凝土泊松比直至结构破坏,并与不考虑混凝土泊松比变化的情况相比较,以考察核心混凝土泊松比变化对桥梁极限承载力影响程度,得出在对拱桥的极限承载力分析时,考虑钢管对核心混凝土的套箍作用,可使极限承载力比不考虑混凝土泊松比变化时的计算值高出10%。     

截锥形预应力钢管混凝土组合构件的稳定承载力

建立了截锥形预应力钢管混凝土组合压杆的挠曲微分方程,并利用伽辽金法原理推导了此类构件各种边界条件的压屈荷载计算公式.本文所给出的预应力筋有效张拉力的计算方法,为实际设计提供了依据.算例分析表明,当截锥形钢管混凝土组合压杆换算长细比超过界限长细比时,施加预应力可以有效地提高构件的稳定承载力.     

预应力钢管混凝土组合构件的稳定性研究

给出了预应力筋初始张拉力和有效张拉力的计算方法．根据弹性力学理论和能量法原理,建立了组合构件挠曲微分方程,推导了各种边界条件的预应力钢管混凝土组合构件的压屈载荷计算公式,并由强度条件确定了界限长细比．算例分析表明,对超过界限长细比的钢管混凝土组合构件,施加预应力可以有效地提高其稳定承载力．     

体外预应力梁摩擦效应的非线性分析

构造了简单的体外预应力梁的摩擦单元,摩擦单元位于转向块和体外筋之间的角平分线上,能模拟转向块和体外筋之间的有摩擦或无摩擦滑移。考虑混凝土、钢筋和体外筋应力-应变的非线性关系,采用梁截面弯矩-轴力-曲率的三折线模型,探讨了体外预应力梁的性能。对简支梁和连续梁的不同因素进行计算,包括不同摩擦系数、不同体外筋和钢筋面积、不同偏心距以及对称和非对称荷载形式。计算结果表明,对于简支梁和对称荷载下的连续梁,承载力的摩擦效应可以忽略,最大预应力增量和挠度的摩擦效应不宜忽略,最小预应力增量的摩擦效应明显;对于非对称荷载下的连续梁,承载力、最大和最小预应力增量以及挠度的摩擦效应不可忽略。     

ANALYSIS OF ULTIMATE BEARING CAPACITY OF PRESTRESSING CONCRETE BEAM END UNDER CORNER PRESSURE

根据摩尔库伦破坏准则，提出梁端混凝土在预应力钢筋约束下的边角受压极限承载力的计算方法，并得出极限承载力理论值.通过与有限元软件ABAQUS计算出梁端混凝土在预应力钢筋约束下的边角受压极限承载力结果进行比较，发现摩尔库伦破坏准则所得的理论公式与数值分析结果相近，验证了本文推导的理论公式的正确性.该理论公式表明，预应力能较好地改善梁端混凝土的受力状态，提升梁端的极限承载力.     

模拟酸雨腐蚀下预应力混凝土梁的抗弯性能研究

为了探讨酸雨腐蚀环境对预应力混凝土梁抗弯性能的影响，制作了8根预应力混凝土梁，从混凝土强度等级、预应力度和钢绞线腐蚀率等方面，进行8根预应力混凝土梁的三分点静载试验。试验结果及分析表明，混凝土强度对屈服后试验梁的抗弯性能影响较大，对弹性阶段的刚度影响较小；随着预应力度的增加，试验梁的开裂荷载逐渐增大，进入裂缝阶段后，刚度下降速度逐渐加快；钢绞线腐蚀率越大，试验梁的极限抗弯承载力越低；腐蚀率在一定范围内（>3.22%），随着腐蚀率的增大，预应力混凝土梁试件的开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩明显降低。根据试验结果，提出了模拟酸雨环境下预应力混凝土梁试件抗弯承载力的计算方法，同时采用ANSYS软件对预应力混凝土梁进行非线性有限元分析，将试验梁的计算值和模拟值与试验值进行比较，均吻合较好。     

预应力混凝土简支梁桥锚下有效预应力分析

为了确定预应力混凝土简支梁桥在施工张拉与运营养护全寿命过程中结构锚固端锚下有效预应力值,基于梁挠曲变形理论与简支梁受力特性,推导出简支梁桥锚下有效预应力计算公式,并提出了一种预应力混凝土简支梁桥下有效预应力简便检测方法．以某40 m预制简支T梁桥为依托工程,通过对不同工况下简支梁桥跨中挠度值与锚固端有效预应力值进行测量,计算了不同工况下简支梁桥锚下有效预应力值,并与实测值进行了比较．研究结果表明：本文所提简支梁桥锚下有效预应力计算公式能较准确预测锚固端有效预应力值,依托工程简支梁桥锚下有效预应力公式计算值与实测值相对误差最大仅为4.83 %,计算精度满足工程需求;所提出的预应力混凝土简支梁桥锚下有效预应力简便检测方法可为桥梁全寿命预测提供指导与借鉴．     

The influence of prestressing on the twisting phenomenon of beams

The prestressing technique is often employed in engineering practice to increase the bearing capacity of concrete beams in bending. Nevertheless, prestressing has been also applied successfully in numerous cases of steel members, bars or trusses. Whilst in members with concrete sections buckling instability is unlikely to occur, the phenomenon of twisting instability may appear in prestressed steel beams under bending as a special case of the lateral-torsional instability. In the present work, the influence of prestressing on the stability (twisting instability) of a simply supported beam induced by a rectilinear tendon is thoroughly studied. Useful results are gathered and presented in the form of interaction axial force—moment diagrams that can be used for a preliminary design of beams against twisting instability.     

框桁式复合墙体抗震性能试验及有限元分析

提出一种新型框桁式复合墙,由钢筋混凝土外框和内部桁式杆件构成。为了研究其抗震性能,按1∶2的缩尺比例初步设计和制作了3个单片框桁式复合墙体,进行了拟静力试验,并采用ABAQUS软件建立了有限元非线性分析模型,重点分析了轴压比、混凝土强度、箍筋配箍率及纵筋配筋率对其承载力和延性的影响。结果表明,墙体桁杆先于外框墙肢产生变形和破坏,最终在墙肢底部与桁杆围成的三角形部位由于弯矩值达到极限而发生破坏,破坏顺序明确,可达到多级耗能的目的;三个试件的延性系数均小于2.5,各试件延性系数的不同说明桁杆截面形式是影响墙体承载力的重要因素;随着轴压比、混凝土强度和纵筋配筋率的增大,试件承载力有不同程度的提高,试件的延性系数随轴压比和纵筋配筋率的增大而减小,随混凝土强度的增大而增大;箍筋配箍率对试件荷载-位移曲线、承载力和延性系数的影响很小;各因素对各项抗震性能的影响程度不同。     

T形短肢剪力墙静力性能有限元仿真分析

利用有限元分析软件ANSYS,首先采用其中三维实体单元SOLID65建立了T形短肢剪力墙有限元分析模型,从弹性到混凝土开裂直至破坏的全过程进行了仿真试验分析。分析了影响短肢剪力墙受力的几种因素:混凝土强度等级、配筋率、轴压比、墙肢截面高厚比对短肢剪力墙承载能力、变形能力及延性的影响,剖析了短肢剪力墙破坏过程及其原因。比较真实的反映了短肢剪力墙在轴压力和逐步加载侧向力共同作用下的响应。试验结果表明:增加混凝土等级和轴压比能提高试件的开裂、屈服和极限荷载,但应综合考虑其与变形能力、延性的关系。截面配筋率具有其特殊性,配筋率在1.4%¹.6%之间时试件的承载能力、变形能力及延性较好。墙肢截面高厚比是不稳定因素但在高厚比为6.5⁷.1时,延性及变形能力较强。     

Testing of Prestressed Concrete Shell Under Long-Term Load and Unload

The results of experimental testing of a cylindrical prestressed concrete shell under long-term load and unload are given. The shell is reinforced by welded steel mesh in the top and bottom layers, with a different reinforcement area in the longitudinal and in the transversal directions, as well as by two straight prestressing tendons within the longitudinal sides. The shell is supported at corners only. Lateral displacements are disabled at the corner. The shell was prestressed first and then loaded by a permanent static load for a year. Then, the permanent load was removed. Shell defections as well as strains of concrete, reinforcement and tendons were measured at several points throughout a year and a half following the prestressing and loading.