预应力混凝土框架塑性内力重分布与弯矩调幅的研究

论文摘要

近年来,预应力混凝土框架结构在我国土木工程领域中得到了广泛的应用。但是,这种结构在设计中传统的弹性计算方法与其在受力过程中呈现出的明显非线性特性之间是严重不协调的,为了解决这一矛盾,国内外某些规范根据比较成熟的普通钢筋混凝土框架弯矩调幅规定和大量预应力连续梁的试验研究成果,也采用弯矩调幅设计方法来考虑预应力超静定结构在受力过程中的非线性。但是,这些调幅建议比较适用于预应力连续梁,要将其用于结构形式和荷载形式均较复杂的预应力框架,还有很多问题需要研究。因此,本文以后张有粘结预应力框架为研究对象,对其进行了大量的试验研究和非线性全过程分析,揭示了其塑性内力重分布规律,最后提出了适用于预应力框架的弯矩调幅设计建议。本论文主要完成了以下研究工作:①介绍了平面柱网大跨度预应力混凝土框架主次梁结构体系中的大跨度预应力主梁结构方案和大跨度预应力次梁结构方案;探讨了解决大跨度预应力框架顶层边节点构造复杂问题的三种方法,即顶层柱施加预应力法、顶层边节点先铰后刚法和顶层边节点“梁强于柱”法;讨论了预应力框架中的次弯矩、塑性内力重分布和弯矩调幅设计问题。②完成了10榀接近足尺预应力框架的试验研究,揭示了截面相对受压区高度ξ、预应力度λ、初始次弯矩Msec、水平荷载作用、柱轴压比、截面配筋特征对预应力框架塑性内力重分布的重要影响规律。③编制了基于两阶段（张拉阶段和加载阶段）受力分析的预应力框架非线性分析程序,该程序采用分层有限元模型,从混凝土和钢筋的应力—应变关系出发,在非线性迭代过程中运用弧长控制法,在刚度矩阵中同时考虑了结构中材料非线性和几何非线性的影响。④用本文非线性有限元程序对T.Y.Lin在1955年做的两根7.5m跨度的两跨预应力连续梁和本文10榀预应力试验框架进行了非线性全过程分析,验证了本文非线性分析程序的有效性和准确性。⑤用本文非线性有限元程序对单层单跨预应力框架作了大量非线性全过程分析,进一步研究了截面相对受压区高度ξ、预应力度λ、张拉控制应力σcon、初始次弯矩Msec、柱梁线刚度比、水平荷载作用、截面配筋特征、框架柱轴压比等对预应力框架塑性内力重分布的影响规律。⑥详细介绍了国内外规范对预应力超静定结构弯矩调幅设计建议,并分析了

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状及不足
• 1.3 本文研究的必要性
• 1.4 本文研究的目的以及主要研究内容
• 2 预应力框架理论分析
• 2.1 预应力框架结构布置方案
• 2.2 预应力框架顶层边节点施工问题
• 2.3 预应力框架两阶段受力分析
• 2.4 预应力框架的次弯矩问题
• 2.5 塑性内力重分布和弯矩调幅
• 2.6 各种因素对塑性内力重分布的影响
• 2.7 本章小结
• 3 预应力混凝土框架的试验研究
• 3.1 试验目的
• 3.2 试验概况
• 3.3 试验现象
• 3.4 试验数据整理
• 3.5 试验结果分析
• 3.6 本章小结
• 4 基于两阶段受力分析的预应力框架有限元分析
• 4.1 概述
• 4.2 预应力混凝土框架的特点和计算基本假定
• 4.3 材料本构关系
• 4.4 结构离散和刚度矩阵的建立
• 4.5 内部抗力的计算
• 4.6 预应力等效荷载和分布荷载的处理
• 4.7 非线性弧长控制法
• 4.8 步长搜寻和收敛加速
• 4.9 本文非线性分析中所用的迭代控制方法
• 4.10 非线性有限元程序框图
• 5 基于两阶段受力分析非线性有限元程序的验证
• 5.1 概述
• 5.2 T.Y.Lin 的预应力连续梁试验
• 5.3 试验框架YKJ1～YKJ10 的模拟计算
• 5.4 本章小结
• 6 预应力框架弯矩调幅模拟分析
• 6.1 概述
• 6.2 模拟预应力框架设计
• 6.3 模拟预应力框架计算结果
• 6.4 模拟预应力框架正常使用极限状态分析
• 6.5 模拟预应力框架承载能力极限状态分析
• 6.6 本章小结
• 7 预应力框架弯矩调幅建议
• 7.1 概述
• 7.2 国内外已有的设计规定及建议
• 7.3 对已有调幅设计规定的讨论
• 7.4 预应力框架弯矩调幅建议
• 7.5 调幅建议与试验及分析结果的对比
• 7.6 本章小结
• 8 多层多跨预应力框架弯矩调幅建议验证
• 8.1 无侧移框架模拟分析
• 8.2 有侧移框架模拟分析
• 8.3 本章小结
• 9 结论与展望
• 9.1 本论文主要结论
• 9.2 本论文主要创新点
• 9.3 对后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录 A: 模拟预应力框架荷载－跨中位移曲线
• 附录 B: 模拟预应力框架极限荷载和极限弯矩
• 附录 C: 模拟预应力框架弯矩调幅计算结果
• 附录 D: 模拟预应力框架正常使用极限状态分析
• 附录 E: 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录