基于实体单元的箱形梁桥空间分析算法研究

摘要

箱形梁桥以其抗弯、抗扭刚度大、跨越能力强、外形美观等优点，在高等级公路和城市立交桥中得到广泛应用。然而由于箱梁桥在力学性能、荷载、预应力布置、施工等方面的复杂性，仍有许多问题急待解决。 箱形梁桥实际上是由若干块板组成的，因此采用将箱梁划分为实体单元来分析其受力是合理的。目前的杆系有限元分析软件只是计入了纵向预应力，且不区分预应力钢束实际的空间布置；而横向和竖向预应力只是在计算桥面板和腹板应力是才予以单独考虑，从而形成了三个相互独立的计算；较为准确的计算方法应该是同时考虑三个方向上的预应力。此外，在箱形截面中，常常配置了含钢率不低的普通钢筋，但在内力和应力分析时常常忽略了。为此，作者提出了基于实体单元来分析箱形梁桥的方法。鉴于箱形截面构造的复杂性，本文主要侧重了该方法在有限元分析过程中的算法研究。在工程数值软件MATLAB平台上编制了部分程序，为预应力箱形梁空间计算分析这一课题做了一些前期的准备工作。 首先深入研究了预应力钢束几何形态的描述方法，重点介绍了导线法，对空间预应力钢束的描述和定位进行了分析。为考虑普通钢筋的影响及其双向配筋率的不同，提出了含“正交异性钢筋膜”的六面体实体单元，并推导了其钢筋膜的刚度矩阵。 其次，根据规范讨论了计算预应力钢束的各项预应力损失，由等效荷载的概念，提出一个便于编程的等效荷载计算方法，并给出了计算流程图。 研究了建立箱梁实体单元模型的方法，编制了能够准确、可控地生成箱梁实体模型的程序。最后以几个箱梁的实例验证了箱梁生成程序的可靠性。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章混凝土箱梁弹性分析基本理论

第三章空间预应力束的几何描述

3.1引言

3.2预应力钢束几何描述的约定

3.3预应力钢束的几何描述

3.4箱梁不同位置的预应力钢束几何描述

3.5预应力钢束其他信息的描述

3.6本章小结

第四章箱梁空间预应力有限元分析

4.1概况

4.2钢筋砼箱梁有限元分析的基本理论

4.3预应力效应的有限元算法分析

4.4预应力钢束在单元中位置判定

4.5截面的预应力计算

4.6箱梁截面的定义与生成

4.7 ANSYS中的SOLID45单元

4.8本章小结

第五章程序架构与算法

第六章结论与展望

参考文献

附录

致谢