预应力简支钢箱梁的受力性能分析

论文摘要

在钢结构中施加预应力可以改善结构的受力状态,增大结构的刚度,达到节约材料、降低造价的目的。近年来,预应力钢结构研究的工作主要是集中在预应力钢桁架、拉杆、压杆等方面,而对于预应力钢结构在桥梁工程中的应用则研究得较少。预应力钢梁是在普通的钢梁内设置高强度预应力钢索而形成的索梁共同受力的组合梁桥。首先,本文对预应力钢结构的种类和特点以及国内外发展概况进行了阐述,对有限元方法作了简要的介绍,对有限元建模中所使用的材料的屈服准则、材料的强化法则、材料的本构关系,以及双重非线性有限元方程的建立和求解方法做了详细的说明。其次,分别应用有限元软件ANSYS、MIDAS/Civil建立了普通简支钢箱梁和预应力简支钢箱梁的有限元模型,对其加载全过程进行仿真分析,并将有限元计算结果与实测数据进行对比分析,从而验证了所建有限元模型的正确性。通过对比利用ANSYS和MIDAS/Civil计算出的普通简支钢箱梁和预应力简支钢箱梁的极限荷载的数值,说明本文所计算出的极限荷载的数据是可信的。并利用ANSYS对曲线布索的预应力简支钢箱梁的荷载—位移曲线、正应力云图、跨中截面正应力、跨中截面应变、预应力钢索的张力增量进行了详细的分析,考虑了不同非线性因素对预应力钢箱梁的影响。最后,分析了预加力大小、梁的跨高比、双折线索水平段长度和预应力索的形状对钢箱梁由外荷载产生的跨中挠度、梁中应力以及钢索张力增量的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 预应力钢结构的种类和特点
• 1.2.1 预应力钢结构的种类
• 1.2.2 预应力钢结构的特点
• 1.3 预应力钢结构国内外发展概况
• 1.3.1 国外发展概况
• 1.3.2 国内发展概况
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 预应力钢梁非线性有限元分析理论
• 2.1 有限元方法简介
• 2.2 材料的屈服准则
• 2.3 材料的强化法则
• 2.4 材料的本构关系
• 2.4.1 钢梁的本构关系
• 2.4.2 钢筋的本构关系
• 2.5 双重非线性问题
• 2.5.1 非线性的概念
• 2.5.2 双重非线性有限元方程的建立及求解方法
• 2.6 本章小结
• 3 预应力简支钢箱梁有限元分析
• 3.1 利用ANSYS建立有限元模型
• 3.1.1 选择单元类型
• 3.1.2 定义材料属性
• 3.1.3 建立几何模型和划分网格
• 3.1.4 施加荷载
• 3.1.5 求解设置
• 3.2 利用MIDAS/Civil建立有限元模型
• 3.2.1 MIDAS/Civil简介
• 3.2.2 定义材料
• 3.2.3 选择单元类型
• 3.2.4 建立几何模型和划分单元
• 3.2.5 施加边界条件和荷载
• 3.3 模型试验验证
• 3.3.1 模型试验梁简介
• 3.3.2 有限元计算结果与实验数据对比
• 3.4 预应力简支钢箱梁受力性能分析
• 3.4.1 荷载—位移曲线分析
• 3.4.2 正应力云图分析
• 3.4.3 截面正应力分析
• 3.4.4 截面应变分析
• 3.4.5 预应力钢索的张力增量分析
• 3.4.6 非线性因素分析
• 3.5 本章小结
• 4 预应力简支钢箱梁受力性能的主要影响因素
• 4.1 预加力大小的影响
• 4.1.1 预加力大小对外荷载产生的跨中挠度的影响
• 4.1.2 预加力大小对跨中顶板、底板应力的影响
• 4.1.3 预加力大小对钢索张力增量的影响
• 4.2 梁的跨高比的影响
• 4.2.1 梁的跨高比对外荷载产生的跨中挠度的影响
• 4.2.2 梁的跨高比对跨中顶板、底板应力的影响
• 4.2.3 梁的跨高比对钢索张力增量的影响
• 4.3 预应力索布置形式的影响
• 4.3.1 双折线索水平段长度的影响
• 4.3.2 预应力索形状的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢