张拉预应力筋阶段的T型梁应力分析

论文摘要

采用装配式的预应力混凝土T型梁桥具有桥梁上、下部同时施工、T型梁预制质量易于保证等优点，该桥型是目前公路桥梁经常使用的型式。预应力筋的张拉顺序与T型梁的张拉效果有着密切关系。不适当的预应力筋张拉顺序会导致T型梁局部应力过大而开裂，因此掌握此阶段的应力十分重要。本文首先对预应力混凝土结构在国内外发展和研究现状进行了阐述，介绍了材料非线性、边界非线性的基本理论，并确定了本文非线性有限元分析模型中所采用的材料本构关系、强化模型和非线性方程求解方法。介绍了张拉预应力筋阶段T型梁的试验概况。由于在张拉预应力筋过程中T型梁与张拉台座之间的接触长度很难确定，所以计算此阶段的T型梁受力情况比较困难，通常在计算时把T型梁假设为简支得出近似解，本文采用接触单元解决此问题。基于大型有限元软件ANSYS建立了全梁有限元模型，采用三种工况张拉预应力筋，分析T型梁跨中的应力、反拱度和侧向位移与张拉预应力筋顺序的关系。根据桥梁规范计算了T型梁跨中和四分之一跨径处的应力。将根据桥梁规范计算结果、有限元模型计算结果和实测结果进行了比较，分析了产生差异的原因。建立了梁端部局部承压有限元模型，采用三种工况张拉预应力筋，分析了张拉预应力筋过程中的应力分布，讨论了锚垫板下混凝土的应力与张拉预应力筋顺序的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 预应力混凝土的概念
• 1.3 国内外预应力混凝土结构的发展概况
• 1.4 预应力技术的未来
• 1.5 本论文的研究内容和研究方法
• 2 钢筋混凝土结构的非线性有限元分析
• 2.1 有限元方法简介
• 2.2 钢筋混凝土结构有限元模型的选择
• 2.2.1 分离式模型
• 2.2.2 整体式模型
• 2.2.3 组合式模型
• 2.3 材料的本构关系
• 2.3.1 钢筋的本构关系
• 2.3.2 混凝土的力学性质
• 2.4 接触单元理论及其在ANSYS中的应用
• 2.4.1 接触问题的基本算法
• 2.4.2 ANSYS支持的接触方式
• 2.5 材料的强化法则
• 2.6 非线性方程组求解方法和收敛准则
• 2.7 本章小结
• 3 张拉预应力筋阶段T型梁试验
• 3.1 试验梁的一般概况
• 3.2 试验原理
• 3.3 测点的布置
• 3.4 采集试验数据
• 4 预应力混凝土T型梁全梁有限元分析
• 4.1 建立T型梁模型
• 4.1.1 单元类型的确定
• 4.1.2 材料属性
• 4.1.3 建立有限元模型和划分网格
• 4.1.4 施加荷载
• 4.1.5 求解设置
• 4.1.6 预应力损失
• 4.2 不同工况张拉预应力筋对T型梁的影响
• 4.2.1 混凝土应力的计算结果与试验数据对比
• 4.2.2 不同工况张拉预应力筋对T型梁的跨中应力的影响
• 4.2.3 不同工况张拉预应力筋对T型梁的挠度的影响
• 4.2.4 不同工况张拉预应力筋对T型梁的侧向位移的影响
• 4.3 本章小结
• 5 预应力混凝土T型梁梁端应力分析
• 5.1 锚下混凝土的应力分布特征和破坏机理
• 5.1.1 锚下混凝土的应力分布特征
• 5.1.2 锚下混凝土的破坏机理
• 5.2 建立梁端部有限元模型
• 5.2.1 单元类型及材料属性的确定
• 5.2.2 施加荷载
• 5.3 不同工况对局部受压区混凝土应力的影响
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢