论文题目: 钢—混凝土组合箱梁受力性能及空间非线性分析
论文类型: 博士论文
论文专业: 桥梁与隧道工程
作者: 周凌宇
导师: 余志武
关键词: 组合箱梁,有限元,滑移,挠度,变分法
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 基于连续介质力学、薄壁结构力学理论和非线性有限元理论,本文对钢—混凝土组合箱梁主要受力性能进行全面系统的研究,建立相应的有限元计算方法,编制有限元分析程序,进行组合箱梁的模型试验,利用有限元程序研究不同设计参数对组合箱梁受力性能的影响,建立不同设计参数承载力影响系数公式。主要的研究成果如下: (1)建立考虑组合箱梁滑移及滑移与剪切变形双重作用的挠度-滑移理论分析方法。利用最小势能原理导出组合梁挠度和滑移联合微分方程,求解得出考虑滑移和剪切效应时均布与集中荷载作用下的组合箱梁挠度和界面滑移的解析表达式。该方法计算简单,物理意义明确,使薄壁组合箱梁界面滑移、剪切变形效应分析方法纳入广泛使用的矩阵位移法,为组合箱梁的有限元分析奠定基础。 (2)根据连续介质力学和组合箱梁力学行为的特点,建立考虑滑移影响的空间非线性组合箱梁梁段有限元法。其基本思想为视组合箱梁栓钉为连续介质,钢箱梁和混凝土板根据组合梁滑移位移模型分配滑移位移;提出考虑滑移影响的组合箱梁空间位移计算模型;用最小势能原理建立结构单元刚度矩阵和荷载列阵。 (3)利用考虑滑移影响的组合箱梁梁段有限元法,编制组合箱梁空间非线性计算程序。计算结果表明,该单元计算可靠,容易操作且网格划分灵活,适用于大跨度组合箱梁空间非线性计算分析。 (4)进行三榀典型组合箱梁模型试验,进行多工况弹性试验和两点单调加载破坏试验。深入分析组合箱梁在不同荷载作用下的荷载效应、分布规律和空间受力性能等受力规律;探讨组合箱梁典型破坏模式;研究影响组合箱梁破坏的主要因素;验证本文挠度滑移变分解法及空间非线性有限元分析理论和程序的可靠性。 (5)利用本文提出的考虑滑移影响的组合箱梁空间非线性计算程序,对不同剪力连接程度、腹板高厚比、力比和初始不平度的组合箱梁进行计算机仿真分析,得到不同设计参数对组合箱梁承载力、挠度、滑移等力学特征的影响规律,提出相应的影响系数计算公式,对进一步完善我国钢—混凝土组合结构设计规程具有重要的参考价值。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 前言
1．2 国内外研究现状
1．2．1 关于薄壁箱梁的研究
1．2．2 混凝土结构的非线性分析
1．2．3 钢结构极限承载力分析
1．2．4 组合结构的研究
1．3 研究思路
第二章 钢 - 混凝土组合箱梁界面滑移的变分解法
2．1 基本假定
2．2 滑移模型
2．3 不考虑剪切变形时的控制微分方程
2．4 考虑剪切变形时的控制微分方程
2．5 承受集中荷载简支梁控制微分方程组的求解
2．5．1 忽略剪切变形的控制微分方程求解
2．5．2 考虑剪切变形的控制微分方程求解
2．6 承受均布荷载简支梁控制微分方程组的求解
2．6．1 忽略剪切变形的控制微分方程求解
2．6．2 考虑剪切变形的控制微分方程求解
2．7 算例分析
2．8 叠加原理求解连续组合梁滑移效应
2．9 小结
第三章 组合箱梁空间分析模型
3．1 组合箱梁单元位移分析方法及基本假设
3．1．1 组合箱梁空间位移分析方法
3．1．2 基本假定
3．2 Lagrange虚功方程及U．L．列式虚功增量方程
3．3 考虑滑移的空间梁单元
3．3．1 空间组合梁单元截面滑移的考虑
3．3．2 梁元剪切变形的考虑
3．3．3 箱梁扭转分析
3．3．4 箱梁截面剪力滞后引起的纵向位移分析
3．3．5 箱梁整体位移
3．3．6 整体位移模型
3．3．7 坐标系选择
3．4 薄壁箱梁各板件位移计算
3．4．1 翼板梁段单元位移
3．4．2 斜腹板梁段单元位移
3．4．3 竖直腹板梁段单元位移
3．4．4 悬臂梁段单元位移
3．4．5 横隔板单元位移
3．5 梁段广义位移参数
3．5．1 翼板广义位移参数
3．5．2 斜腹板广义位移参数
3．5．3 竖直腹板广义位移参数
3．5．4 伸臂梁广义位移参数
3．5．5 横隔板广义位移参数
3．5．6 梁段广义位移参数
3．6 应变计算及虚功增量方程
3．6．1 翼板应变计算及虚功增量方程
3．6．2 斜腹板、竖直腹板、悬臂板虚功增量方程
3．6．3 横隔板应变及虚功增量方程
3．7 单元荷载势能
3．7．1 钢梁和混凝土自重
3．7．2 恒载
3．7．3 活荷载
3．8 材料的本构关系
3．8．1 栓钉的荷载滑移曲线
3．8．2 钢筋的本构关系
3．8．3 钢梁钢材增量本构关系
3．8．4 混凝土的本构关系
3．9 钢筋混凝土结构有限元模型
3．9．1 钢筋的考虑
3．9．2 混凝土裂缝的处理
3．10 坐标变换和数值积分
3．10．1 坐标变换
3．10．2 分段分块变刚度法和数值积分
3．11 平衡方程
3．12 非线性方程组的求解方法及收敛准则
3．13 非线性分析的数值计算与程序
3．14 算例分析
3．14．1 算例1跨中作用有集中力的组合箱梁
3．14．2 算例2工字形组合梁计算
3．15 小结
第四章 钢 - 混凝土组合箱梁模型试验与理论分析
4．1 组合箱梁模型设计
4．1．1 试件设计思想
4．1．2 组合箱梁设计与制作
4．1．3 材料试验
4．1．4 加载工况
4．1．5 测点布置
4．2 弹性试验结果及分析
4．2．1 挠度测试结果
4．2．2 应变测试结果
4．2．3 滑移测试结果
4．2．4 试验结果分析
4．3 破坏试验结果
4．4 组合箱梁理论分析
4．4．1 组合箱梁梁段有限元法计算分析
4．4．2 组合箱梁滑移 - 挠度变分解法计算分析
4．5 小结
4．5．1 组合箱梁工作及破坏规律
4．5．2 理论分析方法评述
第五章 组合箱梁受力性能数值仿真分析
5．1 组合箱梁的仿真分析模型
5．2 剪力连接程度的影响
5．2．1 剪力连接程度对屈服荷载和极限承载力的影响
5．2．2 剪力连接程度对刚度的影响
5．2．3 剪力连接程度对滑移的影响
5．3 箱梁腹板高厚比的影响
5．3．1 腹板高厚比对极限承载力的影响
5．3．2 腹板高厚比对刚度的影响
5．4 力比的影响
5．4．1 力比对承载力的影响
5．4．2 力比对刚度的影响
5．5 初始不平整度的影响
5．5．1 临界荷载和极限荷载
5．5．2 特征值屈曲和非线性相关屈曲
5．5．3 初始不平整度的描述和设置
5．5．4 主要的计算结果
5．6 承载力的多因素分析
5．7 小结
第六章 结论
6．1 本文主要工作
6．2 需要进一步研究的问题
参考文献
附录
致谢
攻读博士学位期间发表的论文及获奖
发布时间: 2005-11-14
参考文献
- [1].钢—混凝土组合箱梁及其框架结构的静动力性能分析[D]. 周旺保.中南大学2013
- [2].钢—混凝土组合箱梁空间分析理论与应用研究[D]. 卢彭真.西南交通大学2010
- [3].部分粘结组合梁的若干动静力问题[D]. 沈旭栋.浙江大学2012
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