体外预应力加固机理研究

论文摘要

近年来,结构加固改造技术在我国得以迅速发展并初具规模,加固技术作为一门新的学科正在逐渐形成。体外预应力加固技术作为一种主动的加固方法,其实质是以粗钢筋、钢绞线或高强钢丝等钢材作为施力工具,对结构施加体外预应力,以预加力产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力,从而达到改善结构适用性能并提高其极限承载力的目的。本文采用理论分析与数值模拟的方法,对体外预应力加固梁的加固机理、加固设计计算、加固效果的评价、力筋应力增量的计算等做了详尽的分析和研究,同时采用非线性有限元方法模拟分析体外预应力混凝土简支梁的加载过程等。这不仅有重要的理论意义,而且对实际的应用也有很高的价值,为体外预应力加固设计提供依据,并有利于作出更合理的设计,改善结构性能。具体内容如下:1、首先对体外预应力体系做了详细的介绍。如体外预应力束主体材料、套管、锚固系统、转向与减震装置等。然后在加固方法中,对不同布置束型对加固结构的效果及布置原则做了系统分析,同时对体外预应力束在转向处的受力进行分析。2、对体外预应力加固梁进行了受力计算分析。如体外预应力的简支梁、连续梁及框架梁的受弯计算,考虑二次效应和不考虑二次效应的挠度计算以及体外预应力加固超静定梁的受力分析,包括二次弯矩产生原理及计算等。3、在体外预应力筋与混凝土梁变形的基础上,通过截面的内力平衡方程和变形协调关系,利用数值计算方法对体外预应力混凝土梁进行开始加载到破坏的全过程分析及体外预应力筋增量的计算。另外采用BP神经网络对体外预应力筋极限应力进行预测。4、通过数值模拟,运用有限元分析软件ANSYS,对体外预应力加固的混凝土简支梁,加固后的体外力筋应力增量、挠度情况进行了分析,从而探讨体外预应力的作用机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 体外预应力结构在国内外的发展历史及现状
• 1.3 体外预应力技术理论研究发展状况
• 1.4 存在的问题和本文研究的工作
• 第二章 体外预应力体系及加固方法
• 2.1 体外预应力体系构成
• 2.1.1 体外预应力束主体
• 2.1.2 体外预应力锚固系统及转向装置
• 2.1.3 体外预应力束减震装置
• 2.2 体外预应力结构加固方法
• 2.2.1 体外预应力束的布置
• 2.2.2 体外预应力束在转向处的受力计算分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 体外预应力加固梁的受力计算
• 3.1 概述
• 3.2 基本假定
• 3.2.1 受压区混凝土的应力应变关系
• 3.2.2 受拉区混凝土的应力应变关系
• 3.2.3 预应力筋的应力应变关系
• 3.2.4 非预应力筋的应力应变关系
• 3.3 体外预应力梁正截面承载能力计算
• 3.3.1 对于体外预应力简支梁抗弯承载力计算
• 3.3.2 体外预应力连续梁和框架梁抗弯承载力计算
• 3.4 体外预应力混凝土梁受弯挠度
• 3.4.1 不考虑二次影响的挠度计算
• 3.4.2 考虑二次影响的挠度计算
• 3.5 体外预应力加固超静定梁的受力分析
• 3.5.1 次弯矩（二次弯矩）产生机理
• 3.5.2 次弯矩（二次弯矩）的计算
• 3.6 本章小结
• 第四章 体外预应力筋的应力增量分析
• 4.1 预应力筋应力增量的研究现状
• 4.2 体外力筋应力增量的数值分析
• 4.2.1 基本假定
• 4.2.2 截面内力平衡方程的建立
• 4.2.3 截面内力平衡方程的求解
• 4.2.4 以简支梁为例计算体外筋的应力
• 4.2.5 梁的纵向分析
• 4.3 基于神经网络的体外预应力筋极限应力的预测
• 4.3.1 体外预应力筋极限应力建模数据采集
• 4.3.2 基于BP神经网络的建模及预测
• 4.3.3 BP人工神经网络的模型构建
• 4.3.4 BP神经网络实验研究过程
• 4.4 本章小结
• 第五章 体外预应力简支梁的非线性有限元分析
• 5.1 分析模型
• 5.1.1 钢筋混凝土模型
• 5.1.2 体外预应力筋建模方法
• 5.2 材料单元的选取及本构关系
• 5.2.1 混凝土单元、本构关系及破坏准则
• 5.2.2 钢筋单元及本构关系
• 5.2.3 其他单元
• 5.3 模型建立及单元网格划分
• 5.3.1 牛斌试验梁概况
• 5.3.2 建立模型
• 5.3.3 关于程序收敛的问题
• 5.4 有限元计算与试验结果比较分析
• 5.4.1 跨中荷载挠度分析
• 5.4.2 体外力筋应力增量分析
• 5.4.3 非线性有限元一些分析结论
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本论文的主要成果
• 6.2 本论文存在的问题
• 6.3 展望
• 主要参考文献
• 附录A:攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B:攻读硕士学位期间参加科研工作
• 致谢