渡槽槽架式支承结构的塑性极限分析与安全评估

摘要

渡槽是以明渠方式，引导渠水，输送渠道水流跨越河渠、溪谷、山沟、洼地和道路等障碍而修建的架空交叉输水建筑物，是输水生命线工程的重要组成部分。据调查统计，渡槽支承结构的塑性失稳是渡槽结构的主要破坏模式之一，因此对渡槽支承结构进行塑性极限分析，保证其在运行阶段的安全性，显得尤为重要。
　　 弹性模量缩减法（简称EMRM）根据塑性极限分析理论和广义屈服准则，利用单元承载比和承载比均匀度确定基准承载比，结合基于应变能守恒定理的弹性模量调整策略，进行线弹性迭代以获取结构的最大容许应力场及极限承载力，是近年来提出的一种新型极限分析数值方法，已成功应用在土木和水利工程中钢结构的极限分析与安全评估中。渡槽槽架式支承结构是钢筋混凝土框架结构，其材料特性和截面屈服准则较钢结构复杂得多，如何准确模拟钢筋与混凝土相结合的材料特性，根据单元截面内力和截面强度的关系，建立钢筋混凝土结构单元承载比的计算表达式，是基于弹性模量缩减法进行渡槽支承结构进行塑性极限分析和安全评估的难点和关键问题。本论文研究建立了钢筋混凝土框架结构极限分析的弹性模量缩减法，进而获得了渡槽支承结构的塑性极限承载力，并对其构件与整体安全性进行了评估。
　　 主要研究工作有:
　　 1.根据钢筋混凝土框架结构的承载特点及破坏机理，提出了只考虑截面弯矩屈服时钢筋混凝土框架结构的单元承载比计算表达式，进而结合EMRM的弹性模量调整策略，建立了适用于钢筋混凝土框架结构极限承载力分析的EMRM。
　　 2.结合渡槽槽架式支承结构的结构特性，应用钢筋混凝土框架结构极限分析的EMRM，获得了渡槽槽架式支承结构的塑性极限荷载、构件安全系数和整体安全系数，进而对其进行安全评估。
　　 3.基于弹性模量缩减法，对满足安全限值要求的渡槽槽架式支承结构进行影响因素分析。讨论了槽架高度、立柱截面强度、槽身跨度等参数，对渡槽槽架式支承结构的极限承载力、构件和整体安全性的影响。
　　 4.基于本文建立的钢筋混凝土框架结构EMRM，在工程允许的取值范围内快速、准确地确定了渡槽槽架支承结构的高度，为工程中确定槽架的合理高度提供了一种高效可行的方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 渡槽支承结构简介

1．2．1 重力式槽墩

1．2．2 槽架

1．2．3 桩柱式槽架

1．3 钢筋混凝土结构塑性极限分析的研究进展

1．3．1 钢筋混凝土结构塑性极限分析理论的发展

1．3．2 钢筋混凝土结构塑性极限分析方法的现状

1．4 渡槽支承结构的极限承载力研究进展

1．5 本论文的主要内容

第二章 结构塑性极限承载力分析的原理与方法

2．1 结构塑性极限分析基本原理与方法

2．1．1 结构塑性极限分析基本原理

2．1．2 弹性模量调整法

2．2 弹性模量缩减法的基本原理及主要参数

2．2．1 弹性模量缩减法的基本原理

2．2．2 弹性模量缩减法的主要参数

2．2．3 弹性模量缩减法迭代流程及步骤

第三章 钢筋混凝土框架结构极限分析的弹性模量缩减法

3．1 钢筋混凝土有限元模型

3．1．1 分离式模型

3．1．2 整体式模型

3．1．3 组合式模型

3．2 单元承载比

3．3 算例分析

3．4 本章小结

第四章 渡槽单排架支承结构极限承载力分析

4．1 渡槽单排架支承结构的计算模型

4．1．1 结构计算模型

4．1．2 荷载计算

4．2 渡槽单排架支承结构的工程实例

4．2．1 计算参数

4．2．2 荷载情况

4．2．3 有限元分析模型

4．3 渡槽单排架支承结构的计算结果

4．3．1 塑性极限荷载

4．3．2 高低承载单元的判别

4．3．3 单元承载比和弹性模量的迭代过程分析

4．3．4 承载比均匀度的迭代过程分析

4．3．5 塑性极限失效模式

4．3．6 安全评估

4．4 渡槽单排架支承结构极限承载力的影响因素分析

4．4．1 槽架高度的影响

4．4．2 立柱截面强度的影响

4．4．3 槽身跨度的影响

4．5 本章小结

第五章 渡槽A字形架支承结构极限承载力分析

5．1 渡槽A字形架支承结构的计算模型

5．2 渡槽A字形架支承结构的算例分析

5．2．1 计算参数

5．2．2 有限元分析模型

5．3 渡槽A字形架支承结构的计算结果

5．3．1 塑性极限分析

5．3．2 高低承载单元的判别

5．3．3 单元承载比和弹性模量的迭代过程分析

5．3．4 承载比均匀度的迭代过程分析

5．3．5 塑性极限失效模式

5．3．6 安全评估

5．4 渡槽A字形架支承结构极限承载力的因素分析

5．4．1 槽架高度的影响

5．4．2 立柱截面强度的影响

5．4．3 槽身跨度的影响

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间主要参加的科学研究项目