大跨度预应力箱梁锚固区极限承载能力研究

论文摘要

为了提高预应力束单束张拉力,多种新型的特殊锚具被应用到实际工程中。这些锚具的锚固区混凝土的应力状态十分复杂。对采用大吨位特殊锚具的桥梁结构来说,锚固区的安全性和抗裂性是结构设计的关键部分,但现行规范还没有给出一种既精确又简易的验算方法。在特定的工程中需要对锚固构件进行详细的理论分析和试验研究。本文以研究大跨度预应力混凝土箱梁锚固区混凝土的极限承载能力为主要目的,以广珠线虎跳门特大桥(初步设计方案)为工程背景。首先,对箱梁建立了三维线弹性有限元模型,分析其结果,确定锚固区的应力集中区,建立局部模型,对比箱梁模型与局部模型的结果证明模型的可行性。其次,为了更精确模拟混凝土的非线性力学行为,本文采用了ABAQUS提供的混凝土损伤塑性模型对局部模型进行了弹塑性分析,分析锚固区在设计荷载作用下的应力应变分布特征,确定锚固区的极限承载能力以及锚固区的破坏过程。最后,利用弹塑性分析方法对局部模型进行了参数研究,确定了正交加强钢筋、螺旋钢筋的螺距以及螺旋钢筋的环绕半径对局部模型的极限承载能力的影响以及它们之间的耦合关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和目的
• 1.2 锚下混凝土的应力分布特征
• 1.3 锚下混凝土的破坏机理及验算方法
• 1.3.1 中国规范对锚下混凝土破坏机理的分析
• 1.3.2 中国规范对锚下混凝土破坏的验算方法
• 1.3.3 美国规范对锚下混凝土破坏机理的分析及验算方法
• 1.4 锚固区受力状态的研究现状
• 1.5 本文的主要内容
• 第2章 箱梁节段模型线弹性有限元分析
• 2.1 引言
• 2.2 模型尺寸的拟定
• 2.2.1 特征锚固截面及锚固区域的确定
• 2.3 箱梁节段有限元模型
• 2.3.1 箱梁节段模型几何尺寸
• 2.3.2 箱梁节段模型网格划分
• 2.4 箱梁节段有限元模型分析结果
• 2.5 小结
• 第3章 局部模型线弹性有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 有限元子模型原理
• 3.3 锚垫板几何尺寸
• 3.4 局部有限元分析模型
• 3.4.1 局部模型平面尺寸
• 3.4.2 箱梁节段模型与局部模型结果对比
• 3.5 网格细化局部模型分析
• 3.5.1 网格细化局部模型
• 3.5.2 网格细化局部模型结果分析
• 3.6 小结
• 第4章 局部模型弹塑性有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 ABAQUS混凝土损伤塑性模型的基本计算原理
• 4.2.1 混凝土单轴受压的应力应变关系
• 4.2.2 混凝土单轴受拉的应力应变关系
• 4.2.3 混凝土在多轴状态下的硬化规律
• 4.2.4 混凝土的损伤系数（Scalar Damage Coefficients）
• 4.2.5 混凝土的屈服准则
• 4.2.6 塑性流动法则（Plastic Flow）
• 4.3 钢筋和锚具的材料属性
• 4.4 分析模型
• 4.4.1 局部模型网格的细化
• 4.4.2 分析模型简介
• 4.4.3 应力应变结果对比分析
• 4.4.4 模型4混凝土应力应变分布规律分析
• 4.5 小结
• 第5章 局部模型的极限承载能力分析
• 5.1 引言
• 5.2 局部模型极限承载能力有限元分析
• 5.2.1 分析模型介绍
• 5.2.2 荷载-位移曲线对比分析
• 5.2.3 模型2与模型3结果对比分析
• 5.2.4 模型4与模型2和模型3结果对比分析
• 5.3 局部模型的安全系数以及破坏过程
• 5.4 小结
• 第6章 对局部模型进行弹塑性的参数分析
• 6.1 影响局部模型承压能力的几个因素
• 6.2 正交加强钢筋对局部模型承压能力的影响
• 6.2.1 分析模型介绍
• 6.2.2 模型分析结果对比
• 6.3 小结
• 结语
• 一、结论
• 二、展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文