混凝土深梁桁架模型的力学性能分析

论文摘要

随着近年来国内外建筑结构形式的迅速发展,日益复杂的建筑体型和多样化的功能要求,建筑的荷载成倍增加,作为能承受超大荷载且耐久性强的混凝土深梁,在工程中的应用就越来越广泛。深梁在厚度方向的尺寸较长宽两个方向小很多,而厚度方向没有荷载作用,因此,可将深梁按薄墙问题进行分析,属于平面问题中的平面应力问题。桁架模型法是一种可以同时考虑拉、弯、剪、扭的统一设计法,也是一种近似的计算设计方法,它能很好地反应结构内部的受力情况和传力途径,是混凝土结构受力本质的抽象和概括。随着计算机技术的发展和有限元法在工程中的大量应用,桁架模型法也得到了很大的发展,在国外已达到较成熟的地步,国内在这方面也开始有所研究。本文将根据深梁的弹性分析结果,建立出深梁在各种工况下的桁架模型,以作设计参考。本文推导和验证了四边形四节点等参单元刚度矩阵,并利用所推导出的刚度矩阵用FORTRAN语言编制出可用于计算平面问题的有限元程序作为论文计算分析的工具。为避免在深梁设计时烦琐的有限元计算,本文用编制的程序计算出深梁各种工况下,各划分单元节点处的主应力,并根据这些节点处的主应力大小及方向,绘制出深梁在各种工况下的主应力迹线和截面水平应力曲线。有了深梁在各种工况下的主应力迹线和各控制界面的水平应力曲线,就可以建立起相应的桁架模型。这样,设计人员在建立相关模型时,就有了一个直观的参考。设计人员可根据实际情况,采用不同的而且最有效的桁架模型,人为干扰设计对象的内力传递方式,以更能满足日益复杂的建筑需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 桁架模型法和深梁研究现状的介绍
• 1.2.1 桁架模型法发展现状
• 1.2.2 桁架模型法中的几个概念
• 1.2.3 桁架模型法的假定及其理论依据
• 1.2.4 深梁的研究现状
• 1.3 分析方法-有限元法介绍
• 1.3.1 有限元法简介
• 1.3.2 有限元法的应用
• 1.4 本文工作内容
• 第二章 刚度矩阵的推导及验证
• 2.1 四节点四边形等参单元刚度矩阵推导
• 2.1.1 整体坐标下位移模式和插值函数
• 2.1.2 局部坐标系下的正方形单元
• 2.1.3 坐标转换及雅可比矩阵
• 2.1.4 形函数对整体坐标的求导
• 2.1.5 平面应力问题的力学内容
• 2.1.6 刚度矩阵
• 2.2 四节点四边形等参单元刚度矩阵的验证
• 2.2.1 弹性力学应力函数计算（算例）
• 2.2.2 各项计算结果的比较
• 2.3 本章小结
• 第三章 深梁几种工况下的内力情况与模型建立
• 3.1 深梁结构的受力特点
• 3.2 简支深梁的破坏形式
• 3.2.1 弯曲破坏
• 3.2.2 剪切破坏
• 3.2.3 局部受压或锚固破坏
• 3.3 简支深梁在线荷载下的内力分布与桁架模型
• 3.3.1 简支深梁的内力分布
• 3.3.2 简支梁线荷载作用下的桁架模型
• 3.4 简支深梁在集中下的内力分布与桁架模型
• 3.4.1 荷载位置对桁架模型的影响
• 3.4.2 高跨比对桁架模型的影响
• 3.4.3 多个集中力作用下的桁架模型
• 3.4 连续深梁的内力分布与桁架模型
• 3.4.1 连续深梁的受力特征
• 3.4.2 连续深梁的破坏形态
• 3.4.3 连续深梁的内力分布
• 3.4.4 桁架模型的建立
• 3.5 其他情况下单跨深梁的内力分布
• 3.5.1 两端固接深梁的内力分布
• 3.5.2 悬臂深梁的内力分布
• 3.6 模型中几项参数的取值
• 3.6.1 力臂z的确定
• 3.6.2 各国规范中腹部斜压杆的倾角限值
• 3.7 模型的优化
• 3.8 本章小结
• 第四章 基于模型的计算与设计探讨
• 4.1 混凝土压杆和结点的有效抗压强度
• 4.1.1 美国桥梁设计规范中桁架模型各构件的强度取值
• 4.1.2 ACI Building Code桁架模型法的构件强度取值
• 4.2 深梁的桁架模型法设计实例
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 发表论文