论文题目: 大跨预应力混凝土箱梁结构计算分析研究——杭州湾跨海大桥非通航孔上部结构计算分析
论文类型: 博士论文
论文专业: 桥梁与隧道工程
作者: 陈衡治
导师: 徐兴,谢旭,叶贵如
关键词: 大跨预应力混凝土箱梁,杭州湾跨海大桥,结构简化分析,结构高精度分析,大吨位群锚锚固,温度应力场,极限承载力
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 预应力混凝土箱梁结构以其诸多优点已在桥梁工程中广泛应用,本文针对目前大跨预应力混凝土箱梁结构计算分析研究中所存在的主要问题,以杭州湾跨海大桥非通航孔工程上部结构为工程背景,对以下几方面进行了深入研究。 为提高大跨箱梁桥设计时分析的效率和精度,通过构造腹板和翼板单元,引入高次轴向位移函数,和采用自由度缩减技术,提出了基于板梁理论的考虑翘曲、剪力滞、畸变和板厚变化等影响的大跨箱梁桥整体分析方法,并以工程背景为例,与实体元结果进行了对比验证。 以通用有限元软件为平台,创建了快速三维实体建模方法,并提出预应力结构空间实体分析的等效节点力法。通过工程实例的仿真计算,显示该方法具有直观、详尽、精确等特点。为三维实体有限元在箱梁结构设计验算中的推广应用提供了有效的支持。 针对大吨位预应力群锚局压区研究中的不足,以工程背景为例,从各类规范方法计算分析、考虑锚具影响的三维实体有限元仿真及施工现场的应力测试分析等多方面对预应力砼箱梁在大吨位预应力群锚作用下的局压强度和抗裂性进行了研究。 在预应力砼箱梁温度应力场计算方法研究中,基于箱梁表面热交换平衡理论,建立了采用热瞬态分析和热—结构耦合求解技术计算温差应力场的方法,该方法可有效考虑气温地理环境等条件的影响。并与按公桥规温度模式计算比较,在得出大跨砼箱型梁桥温度效应特征的同时,指出了规范方法的不足。另一方面,提出了砼箱梁浇筑养护方案的数值评估方法,在与实测结果对比验证的基础上,以工程背景的整体预制砼箱梁的施工方案为例,对各种控制箱梁水化热的常用方法进行评估。为大跨预应力砼箱梁在浇筑阶段和运营阶段的温差裂缝控制提供了有力的理论保障。 为更精确有效地分析预应力砼箱梁结构体系的极限状态特性,建立了考虑双非线性的有限纤维梁段元法,并提出考虑全自由度的位移增量法,同时进行了原形梁极限承载试验以验证该方法精度。针对先简后连结构体系,提出了考虑施工过程影响的承载力计算方法,并以工程背景为例,分析其极限承载能力,同时还研究了结构在进入塑性后的内力重分布规律。 本文所得出的主要结论和研究成果可供预应力混凝土箱梁桥的计算设计和施工作参考。
论文目录:
第1章 绪论
1．1 大跨预应力混凝上箱梁结构在跨海大桥工程中的应用概述
1．1．1 预应力混凝土箱梁结构的特点
1．1．2 预应力混凝土箱梁结构的适用范围
1．1．3 大跨预应力混凝土箱梁结构在跨海大桥工程中的应用
1．2 大跨预应力混凝土箱梁结构计算分析中的问题
1．3 本文的工程背景
1．4 本文的主要研究工作以及创新成果
本章参考文献
第2章 大跨预应力混凝土箱梁桥的整体分析简化计算方法研究
2．1 引言
2．2 高阶位移插值函数的中厚板梁段箱梁结构分析方法
2．2．1 单元离散方法及其计算假定
2．2．2 节点的位移自由度
2．2．3 腹板单元的刚度方程
2．2．4 翼板单元的刚度方程
2．2．5 自由度缩减
2．3 计算方法的精度与效率对比
2．3．1 计算工况和单元划分
2．3．2 位移结果的比较
2．3．3 应力结果的比较
2．4 本章小结
本章参考文献
第3章 大跨预应力混凝土箱梁结构的高精度计算方法研究
3．1 引言
3．2 考虑预应力作用的箱梁三维实体有限元计算方法
3．2．1 箱梁三维实体单元快速建模技术
3．2．2 预应力等效节点力计算
3．2．3 箱梁特殊部位建模处理
3．3 杭州湾跨海大桥非通航孔预应力连续箱梁若干特殊工况仿真计算
3．3．1 相关工程概况
3．3．2 有限元模型
3．3．3 计算结果分析
3．4 本章小结
本章参考文献
第4章 大吨位预应力群锚作用下的锚固区计算和试验研究
4．1 引言
4．2 各规范局压公式的计算分析
4．2．1 锚固端设计方案概况
4．2．2 按不同规范计算局压强度和抗裂性
4．3 大吨位群锚局压区有限元计算分析
4．3．1 群锚局压区有限元仿真分析过程
4．3．2 有限元仿真结果分析
4．4 杭州湾跨海大桥非通航孔预应力箱梁张拉阶段锚下应力试验研究
4．4．1 锚下应力试验方案及过程
4．4．2 测试结果与理论结果比较分析
4．5 本章小结
本章参考文献
第5章 预应力混凝土箱梁温度场应力场计算方法研究
5．1 引言
5．2 预应力混凝土箱梁表面热交换平衡理论
5．3 预应力混凝土箱梁温度场和应力场耦合计算方法
5．3．1 预应力混凝土箱梁温度场计算方法
5．3．2 预应力混凝土箱梁应力场计算方法
5．4 杭州湾跨海大桥70m跨预应力连续箱梁运营温度应力场计算
5．4．1 箱梁运营温度场计算
5．4．2 箱梁运营应力场计算
5．4．3 与规范温度应力计算比较分析
5．5 杭州湾跨海大桥70m跨预应力箱梁浇筑养护温度场计算
5．5．1 水泥水化生热的模拟
5．5．2 东海大桥70m跨预应力箱梁浇筑养护温度场实测值与计算值比较
5．5．3 杭州湾跨海大桥70m跨预应力箱梁浇筑养护方案的数值评估
5．5．4 预应力混凝土箱梁早期温度裂缝控制措施的探讨
5．6 本章小结
本章参考文献
第6章 预应力混凝土箱梁结构体系极限承载能力计算方法研究
6．1 引言
6．2 有限纤维梁段元计算方法
6．2．1 基本假定
6．2．2 钢筋混凝土非线性梁段单元的刚度增量方程
6．2．3 预应力索元的刚度方程
6．2．4 材料应力—应变关系
6．3 增量计算方法效率和收敛性研究
6．3．1 增量方程收敛计算方法
6．3．2 应力增量计算方法
6．3．3 非线性算例分析
6．4 箱形梁极限承载能力试验对比研究
6．4．1 试验方案设计
6．4．2 试验结果与纤维模型数值计算对比验证
6．5 预应力混凝土箱梁先简后连体系极限承载力计算方法
6．6 杭州湾跨海大桥70m跨预应力箱梁先简后连体系极限承载力计算
6．6．1 相关工程概况
6．6．2 先简后连体系极限承载力计算实施
6．6．3 结果分析与讨论
6．7 本章小结
本章参考文献
第7章 结论与展望
7．1 本文结论
7．2 对本课题研究的展望
致谢
博士研究生期间发表的论文
发布时间: 2005-07-15
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