超静定预应力混凝土梁非线性有限元分析

论文摘要

本文在分析国内外预应力混凝土结构已有研究成果的基础上,总结出利用ANSYS程序进行超静定预应力混凝土梁非线性有限元分析的方法和技巧,建立预应力混凝土梁的分离式模型,对其进行从加载到破坏的全过程分析,主要内容如下:(1)从延性理论出发,在预应力混凝土超静定梁弯矩调幅的研究中引入曲率延性,推导出满足承载能力要求的弯矩调幅限值的延性表达式。在弯矩调幅系数的取值上,考虑了使用阶段裂缝宽度限值的影响,提出了弯矩调幅系数的建议公式,给出了考虑内力重分布的塑性结构设计建议。(2)借助ANSYS中的APDL语言,通过实体切割方法建立了预应力钢筋混凝土梁的分离式模型,模型中箍筋、纵向受力钢筋、曲线预应力筋的布置与试验梁保持一致,解决了有限元分析中曲线预应力筋建模问题。(3)对预应力混凝土超静定梁进行全过程受力分析,借助有限元计算结果,通过实例绘制相关曲线,与试验相验证,探讨了梁的极限承载力,并分析了塑性铰的形成及弯矩重分布对极限承载力的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 预应力混凝土发展概况
• 1.1.1 预应力混凝土结构的发展史
• 1.1.2 预应力混凝土设计理论
• 1.1.3 超静定结构的塑性内力重分布
• 1.2 非线性与非线性有限元
• 1.2.1 非线性问题的提出
• 1.2.2 非线性分析的发展历史
• 1.2.3 传统弹性设计理论的矛盾和不足
• 1.2.4 非线性分析的优势
• 1.3 论文的选题和内容安排
• 1.3.1 问题的提出
• 1.3.2 论文的主要内容和安排
• 第2章 预应力混凝土梁延性及弯矩调幅
• 2.1 延性的基本概念
• 2.1.1 延性与内力重分布的关系
• 2.1.2 曲率延性系数
• 2.2 预应力混凝土超静定结构弯矩调幅的基本条件
• 2.2.1 计算假定
• 2.2.2 截面延性系数计算
• 2.3 预应力混凝土超静定结构的调幅
• 2.3.1 满足承载能力要求的截面延性
• 2.3.2 满足承载能力要求的弯矩调幅限值
• 2.3.3 满足裂缝宽度要求的弯矩调幅限值
• 2.4 考虑次弯矩的弯矩调幅
• 2.4.1 次弯矩在结构受力过程中的变化
• 2.4.2 考虑弯矩调幅的设计步骤
• 2.5 本章小结
• 第3章 预应力混凝土结构非线性有限元分析
• 3.1 预应力混凝土结构的有限元模型
• 3.1.1 ANSYS软件简介
• 3.1.2 模型分类
• 3.1.3 单元选择
• 3.2 混凝土的本构关系和破坏准则
• 3.2.1 单轴受压应力—应变关系
• 3.2.2 单轴受拉应力—应变关系
• 3.2.3 混凝土的破坏准则
• 3.3 钢筋材料的本构关系
• 3.4 预应力筋的建模与计算
• 3.4.1 实体切割法
• 3.4.2 节点耦合法
• 3.4.3 约束方程法
• 3.4.4 预应力荷载的施加
• 3.5 混凝土单元开裂后的处理
• 3.5.1 分离裂缝模型
• 3.5.2 弥散裂缝模型
• 3.5.3 单元开裂后的处理
• 3.6 非线性求解收敛的问题
• 3.6.1 混凝土单元网格尺寸的划分
• 3.6.2 荷载的施加和有限元求解的设置
• 3.7 本章小结
• 第4章 预应力混凝土超静定梁非线性分析
• 4.1 有限元分析模型
• 4.1.1 实验梁概况
• 4.1.2 材料本构模型
• 4.2 ANSYS结构建模求解
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 有限元加载求解
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 梁的全过程受力分析
• 4.3.2 荷载应力曲线
• 4.3.3 裂缝开展
• 4.4 极限承载能力及弯矩调幅
• 4.4.1 极限承载能力
• 4.4.2 弯矩调整的幅值
• 4.5 小结
• 结论
• 一. 结论
• 二. 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢