考虑剪切变形的带刚性域箱涵结构分析与程序设计

论文摘要

箱涵是埋设在填土下的输水建筑物,它正被广泛应用于水利、铁路、公路、桥梁等国民经济建设的诸多领域,其造价在整个工程成本中的比重越来越大。但是目前对箱涵的内力计算是明显偏大的,从而导致相应的配筋计算也是偏大的,这样不但浪费了钢筋,还增大了结构的刚性,是不科学、不经济的。因此在箱涵内力计算中考虑剪切变形和刚性域是非常有必要的。本文用矩阵位移法研究了考虑剪切变形的带刚域箱涵结构内力计算公式,并编写了计算程序。本文首先探讨了剪切变形和刚性域对结构内力的影响机理,在前人的理论及实验研究的基础上提出了影响刚性域取值的几个关键因素。以矩阵位移法为理论基础推导了考虑剪切变形的带刚域结构的内力计算公式,其中,对于结点刚性域和剪切变形做了一般化处理。然后使用Fortran77语言将内力计算公式编写为计算程序,实现了计算过程的程序化。本文还使用转角位移法证明了自编程序的正确性,说明了考虑这两个因素的必要性。为了使这个自编程序能够在实际工程设计中被广泛应用,在其基础上又进行了进一步的开发,使其拥有了可视化界面和自动绘制内力图的功能。自编程序真正解决了目前在箱涵结构设计中存在的内力计算不准确、缺乏理论依据的问题。随着大量调水工程的实施,输水箱涵必将大量使用,本文中编写的计算程序一定能发挥重要的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 剪切变形和刚性域的研究
• 2.1 剪切变形对结构的影响
• 2.2 结构刚性域的实验和理论研究
• 2.3 剪切变形与刚性域对结构内力的影响
• 第三章 考虑剪切变形时的带刚性域箱涵结构分析
• 3.1 箱涵结构的几种分析方法
• 3.2 矩阵位移法基本原理
• 3.3 单元刚度矩阵的形成
• 3.4 结构整体刚度方程的形成
• 3.5 非结点荷载的处理
• 3.6 刚性域的处理
• 3.7 剪切变形的处理
• 3.8 结构的内力计算
• 3.9 有限元程序的实现
• 第四章 计算程序正确性的验证
• 4.1 三孔箱涵算例介绍
• 4.2 转角位移法求解结构内力
• 4.3 自编程序求解结构内力
• 4.4 SAP84 结构分析程序求解结构内力
• 4.5 本章小结
• 第五章 工程实例
• 5.1 工程概况
• 5.2 计算条件的确定
• 5.3 结构内力计算结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 可视化界面和自动绘制内力图的实现
• 6.1 可视化界面的实现
• 6.2 自动绘制内力图的实现
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 参加科研情况说明
• 致谢