高铁用细晶粒钢筋混凝土梁疲劳性能的数值分析及研究

论文摘要

HRBF500钢筋是我国冶金行业新研制开发的高强度钢筋,若将其用于铁路、桥梁等工程中,则需承受反复荷载。所以,迫切需要研究HRBF500高强钢筋混凝土构件的疲劳性能。本文结合“国家高技术研究发展（863）计划项目子课题（2008AA030704）”,基于疲劳试验结果,对配有500 MPa细晶粒钢筋（HRBF500钢筋）的混凝土梁和预应力混凝土梁的疲劳性能进行有限元模拟分析。主要研究内容如下：（1）配有HRBF500钢筋的混凝土梁和预应力混凝土梁建模分析根据试验梁的截面和配筋建立简支梁的有限元模型,包括单元类型选取和几何模型建立、钢筋混凝土结构模型建立、材性参数的选取、网格单元的划分等。（2）配有HRBF500钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁静载性能分析基于ANSYS软件对配有HRBF500钢筋的混凝土及预应力混凝土简支梁进行静载性能的非线性有限元分析,计算出试验梁在静载作用下的开裂荷载、极限荷载和裂缝分布；绘出荷载-应变曲线、荷载-挠度曲线以及裂缝图,并将模拟结果与己进行的试验结果进行比较,结果表明,有限元模拟分析和试验结果吻合的较好,由此验证了本文有限元模型建立及计算的正确性。（3）配有HRBF500钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁疲劳性能数值分析基于以上模型,采用ANSYS的疲劳分析模块,基于简化的弹塑性理论对疲劳加载制度下简支梁的疲劳寿命进行预测,并将预测结果与试验情况进行比较。在此基础上,拟合了矩形和T形钢筋混凝土梁不同荷载幅下的疲劳寿命适用计算公式。（4）配有HRBF500钢筋混凝土梁疲劳损伤机理研究在对试验梁疲劳寿命预测的基础上,结合试验结果,对钢筋混凝土梁的刚度疲劳损伤机理进行分析和研究。建立了配有HRBF500钢筋的钢筋混凝土梁疲劳刚度损伤模型。并在该模型的基础上结合试验数据拟合了第一和第二阶段矩形和T形梁的疲劳刚度损伤公式,为工程实践提供理论支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 钢筋混凝土受弯构件疲劳性能研究现状
• 1.1.1 重复荷载时钢筋及混凝士应力的影响
• 1.1.2 重复荷载对裂缝和挠度的影响
• 1.1.3 动载梁疲劳破坏原因及寿命分析
• 1.2 钢筋混凝土受弯构件疲劳性能数值分析研究现状
• 1.2.1 钢筋混凝土结构的弹塑性有限元分析
• 1.2.2 基于ANSYS软件的混凝土构件分析实例
• 1.3 500Mpa钢筋研究现状
• 1.3.1 500MPa细晶粒钢筋基本性能
• 1.3.2 500Mpa钢筋混凝土受弯构件的受力性能
• 1.4 研究背景和内容
• 2 配有HRBF500钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁有限元模型的建立
• 2.1 工程概况
• 2.2 单元类型选取和几何模型的建立
• 2.2.1 钢筋混凝土结构有限元分析单元类型
• 2.2.2 混凝土简支梁单元类型选取
• 2.2.3 简支梁几何模型的建立
• 2.3 钢筋混凝土结构模型
• 2.3.1 有限元分析中的钢筋混凝土结构常用模型
• 2.3.2 普通钢筋混凝土结构模型的选取
• 2.3.3 预应力钢筋混凝土结构模型的建立
• 2.4 材料模型的选取
• 2.4.1 材料模型建立的主要内容
• 2.4.2 本案例材料模型的建立
• 2.5 结构模型网格的划分
• 2.5.1 网格划分的基本方法
• 2.5.2 本案例模型的网格划分
• 2.6 本章小结
• 3 配有HRBF500钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁静载作用下的非线性有限元分析
• 3.1 加载制度和荷载施加方式的选择
• 3.2 开裂荷载数值解与试验值及计算值的比较
• 3.3 极限荷载数值解与计算值的比较
• 3.4 钢筋的荷载-应力曲线
• 3.5 挠度的数值解和试验值的比较
• 3.6 裂缝解析与试验分布图的比较
• 3.7 本章小结
• 4 配有HRBF500钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁疲劳性能的有限元及理论分析
• 4.1 钢筋混凝土梁的疲劳加载方案
• 4.2 材料疲劳性质
• 4.3 疲劳破坏的计算
• 4.4 荷载幅与疲劳寿命的关系理论分析
• 4.5 本章小结
• 5 配有HRBF500钢筋混凝土梁疲劳损伤机理研究
• 5.1 混凝土和钢筋的疲劳特性
• 5.1.1 混凝土的疲劳损伤理论
• 5.1.2 钢筋的疲劳损伤理论
• 5.2 配有HRBF500钢筋混凝土梁疲劳累积损伤模型
• 5.2.1 试验梁疲劳刚度的计算
• 5.2.2 配有HRBF500钢筋混凝土梁疲劳刚度退化模型
• 5.2.3 配有HRBF500钢筋混凝土梁疲劳刚度退化拟合公式
• 5.3 本章小结
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 个人简历
• 致谢