钢筋混凝土特种结构有限元配筋设计方法实用化研究

论文题目: 钢筋混凝土特种结构有限元配筋设计方法实用化研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 徐强

导师: 吴胜兴

关键词: 钢筋混凝土,特种结构,配筋设计,有限单元法,裂缝宽度,可视化技术

文献来源: 河海大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文基于三维弹性有限元和二维非线性有限元相结合的有限元配筋设计思路,依据“结构承载力配筋”、“裂缝控制配筋”和“优化配筋”的综合配筋设计原则,对有限元配筋方法的实用性进行研究,重点解决了数据传递过程中的若干关键问题和配筋的优化分析,开发了配筋设计的可视化管理系统,并将该方法应用到三个重大工程的配筋设计中。本文的主要研究工作包括: 1、通过对“弹性应力等效原则”的分析,明确了三维弹性有限元和二维非线性有限元相结合的有限元配筋方法的合理性,并对三维弹性有限元计算结果与二维有限元模型之间数据传递进行研究,重点解决剪应力计算、剪应力差计算、节点剪力计算、边界条件确定和荷载合理性评估等技术难题。 2、结合二维有限元分析的计算结果和多目标规划方法,给出配筋优化计算的目标函数、计算变量和约束条件。采用理想点法将多目标规划降幂为单目标优化,并运用0.618法进行迭代计算。 3、开发钢筋混凝土特种结构配筋设计可视化管理系统。系统包括:二维非线性有限元的前处理程序、Ansys调用、二维非线性有限元计算程序调用、配筋优化计算程序和AutoCAD二次开发的后处理程序等内容。 4、对龙滩导流隧洞进水口结构进行配筋设计研究,计算进水口结构的应力分布、裂缝开展宽度、钢筋应力分布等,明确原配筋方案总体上能够满足工程实际要求,同时指出:中墩结构的前部和后部应力值很小,钢筋配置可相应的减少,门槽附近是配筋设计的关键区域,此处采用型钢代替钢筋对裂缝的控制并不理想。并建议:焊接钢筋结点,确保锚固的可靠性;采取措施防止高压水渗入裂缝以控制裂缝宽度;优化裂缝开展区钢筋配置为3(?)32。 5、对苏通大桥桥墩结构进行配筋设计研究,通过对弹性应力分布、裂缝形态和钢筋应力的分析,可知:承台底部钢筋配置较多,而内部钢筋相对较少,裂缝宽度和钢筋应力在裂缝内部达到最大值,建议减少底部配筋量而增加内部配筋量,实现裂缝宽度控制的同时,确保裂缝总体分布形态不变。 6、对龙滩水电站5号坝段孔口结构进行配筋设计研究,重点分析高压水、坝间横缝灌浆和钢筋焊结锚固对裂缝形态、侧向位移、表层裂缝宽度、深层裂缝开展形态和钢筋应力的影响。计算结果表明:配筋没有有效阻止贯穿裂缝的出现,可采取一定的构造措施—横缝灌浆和钢筋锚固来限制裂缝的开展宽度。

论文目录:

第一章绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作

第二章钢筋混凝土特种结构有限元配筋设计方法研究

2．1 概述

2．2 钢筋混凝土特种结构配筋设计原则

2．3 配筋设计计算流程

2．4 弹性应力等效原则

2．5 数据传递过程中若干关键技术问题

2．6 多目标规划在配筋优化中的应用

2．7 小结

第三章钢筋混凝土特种结构配筋设计可视化系统研究

3．1 概述

3．2 钢筋混凝土特种结构配筋设计可视化系统的框架结构

3．3 二维有限元前处理过程的具体实现

3．4 三维弹性计算结果与二维有限元模型之间数据传递的程序实现

3．5 二维非线性有限元分析过程的具体实现

3．6 配筋优化设计的程序实现

3．7 基于AutoCAD二次开发的后处理程序具体实现

3．8 小结

第四章龙滩导流隧洞进水口结构配筋设计研究

4．1 概述

4．2 进水口结构配筋计算的技术路线

4．3 三维弹性有限元分析

4．4 三维弹性计算与二维有限元模型之间的数据传递

4．5 二维非线性有限元分析

4．6 配筋优化设计分析

4．7 三维非线性有限元分析

4．8 小结

第五章苏通大桥承台结构配筋设计研究

5．1 概述

5．2 承台-桩基-地基共同作用三维有限元分析

5．3 二维非线性有限元分析

5．4 配筋优化设计分析

5．5 小结

第六章龙滩5号坝段孔口结构配筋研究

6．1 概述

6．2 三维弹性有限元分析

6．3 二维非线性有限元分析

6．4 配筋设计评估

6．5 小结

第七章总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读博士期间发表学术论文及参加科研项目情况

发布时间: 2006-01-16

钢筋混凝土特种结构有限元配筋设计方法实用化研究

猜你喜欢