论文题目: 预应力混凝土框架结构梁板结合设计方法研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 结构工程
作者: 邹连海
导师: 吴京
关键词: 预应力框架结构,梁板体系,设计方法,有限元,名义拉应力法,极限承载力
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着国家经济能力的增强,建筑的规模不断扩大,预应力结构因能适用于多功能、大跨度、重荷载的要求而在建筑结构中越来越多地应用。另一方面,自从六十年代有限元技术诞生以来,计算机辅助设计的技术手段也随着计算机技术的更新换代而在结构设计中发挥越来越大的作用。因此,充分利用有限元手段,真实地模拟结构的实际受力情况,从而使计算更加精确、设计更加合理快速、结构更加安全经济,将是研究者和设计人员追求的目标。对于预应力框架结构的设计计算,目前规范所推荐的计算模型中引入了一些计算假定,这些简化的假定在采用手算手段或有限元技术不是很成熟、硬件资源紧缺的条件下是必需的,但是,另一方面,它们也不可避免地会带来计算误差,甚至是计算错误。因此,有必要利用有限元手段,建立反映实际结构的力学模型,并进行结构的受力分析和承载力设计。本文首先利用ANSYS有限元程序,通过对几种截面形式的模型的内力与理论内力值比较,提出了ANSYS有限元程序中梁板结构模型的正确建立方法以及荷载的正确施加方式。在模型正确建立的基础上,本文通过编写的计算程序,建立了裂缝宽度与名义拉应力值的对应关系并分析了各参数对名义拉应力值的影响。按整体均质截面计算并限制荷载作用下截面受拉边缘拉应力所建立的名义拉应力法,使得预应力混凝土结构构件裂缝控制验算在形式上形成了统一,因此,本文按照统一后的预应力混凝土结构抗裂验算要求,以预应力筋面积为基本未知量,建立了预应力筋面积估算的单位面积法和神经网络方法,利用此种方法可以快速有效地估算出预应力筋面积和进行结构的初步设计。本文同时还进行了梁板结合模型和固定翼缘框架梁模型的多项指标比较与分析,包括:两种模型下用单位面积法估算的预应力筋面积比较和产生差异的原因分析;两种模型中,柱的侧限作用对梁板中预应力效应建立影响的比较;各种荷载作用下的等效翼缘宽度研究;梁和板之间连接剪应力的分析;在相同的预应力荷载作用下,固定翼缘框架梁模型中的梁肋和翼缘板各自承担的预压力与梁板结合模型中梁和板各自承担的预压力比较,以及其对结构的承载力极限状态设计的影响等等。另一方面,由于有限元模型中梁和板采用不同的单元形式,从而梁和板最终的内力结果是相互独立输出的。本文也对梁板整体截面内力结果形成的不可行性进行了分析,在此种情况下,本文也基于有限元的分析结果,将梁和板的正截面承载力设计分离开来,提出了正截面受弯承载力设计的新型方法,并与现行设计方法进行了相关比较以及对新型的配筋方式的可行性用有限元方法进行了验证。同时,通过算例对两种计算模型下的受压区高度和受拉纵筋的数量进行了比较。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 预应力混凝土结构理论的发展状况
1.3 设计方法的研究现状
1.4 本课题研究的主要内容
第二章 梁板结合的有限元计算模型
2.1 采用梁板结合计算的必要性
2.2 有限元方法概述
2.3 ANSYS中BEAM189 单元简介
2.3.1 BEAM189 的基本特性
2.3.2 BEAM189 单元的计算轴线偏置特性
2.4 梁板结合建立有限元模型的方法
2.5 梁板结合建立有限元模型的校核验证
2.5.1 偏置梁荷载的正确施加
2.5.2 梁板整体的弯矩分析
2.5.3 梁板中正应力分析
2.6 讨论
2.7 本章小结
第三章 预应力钢筋面积的估算
3.1 引言
3.2 现行估算方法
3.2.1 荷载平衡法
3.2.2 按消压状态预应力度估算预应力筋
3.2.3 按强度比预应力度估算预应力筋
3.2.4 名义拉应力法
3.3 名义拉应力限值的校准
3.3.1 概述
3.3.2 计算公式及基本假定
3.3.3 基本名义拉应力值的确定
3.3.4 各参数对名义拉应力值的影响
3.3.5 对不同参数时的名义拉应力值修正
3.3.6 算例
3.3.7 拉应力限制系数的确定
3.3.8 抗裂验算建议
3.4 用单位面积法估算预应力筋数量
3.4.1 单位面积法的原理
3.4.2 预应力损失值的确定
3.4.3 计算方程的建立
3.4.4 讨论
3.4.5 算例及分析
3.5 运用神经网络对预应力筋进行估算
3.5.1 引言
3.5.2 神经网络基本原理
3.5.3 神经网络在土木工程中的应用
3.5.4 运用神经网络进行预应力筋初步估算
3.5.5 算例
3.6 本章小结
第四章 有限元模型的受力分析
4.1 侧限作用
4.1.1 侧限作用的基本原理
4.1.2 影响侧限作用的因素
4.1.3 基于有限元的框架结构的侧限的考虑
4.2 翼缘宽度取值研究
4.2.1 板在受弯作用下的翼缘宽度
4.2.2 板在集中力作用下的应力分布分析
4.2.3 集中力作用下的等效翼缘宽度
4.3 连接剪应力
4.3.1 固定翼缘梁的连接剪应力
4.3.2 梁板结合模型中的连接剪应力
4.4 本章小结
第五章 正截面极限承载力计算
5.1 现行计算方法的讨论
5.1.1 正截面承载力计算的基本假定
5.1.2 现有计算公式
5.1.3 对公式的讨论
5.2 几点认识
5.2.1 结构塑性的影响
5.2.2 预应力筋作用机理
5.2.3 侧限作用对预应力混凝土梁正截面承载力的影响
5.2.4 地震作用的考虑
5.3 新型承载力设计方法提出的必要性
5.3.1 翼缘分布的不统一性
5.3.2 梁板整体内力确定的复杂性
5.3.3 有限元程序的不足
5.3.4 新型承载力设计方法的提出
5.4 新型承载力设计方法中梁的配筋设计
5.4.1 跨中截面梁配筋设计
5.4.2 支座截面梁配筋设计
5.5 受压区高度和纵筋面积的变化
5.5.1 跨中截面
5.5.2 支座截面
5.6 新型承载力设计方法中板的配筋设计
5.6.1 配筋方法
5.6.2 板的纵筋计算
5.6.3 纵筋配置位置
5.7 板中配置纵筋的可行性分析
5.7.1 Solid65 单元简介
5.7.2 模型的建立
5.7.3 计算结果及分析
5.8 算例及结果比较
5.9 本章小结
第六章 全文总结
参考文献
致谢
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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