低高度密肋式预应力混凝土T梁受弯性能分析

摘要

在我国现役桥梁中，以空心板结构作为上部结构的中小跨径桥梁占了一大部分。为了从根源上解决空心板桥铰缝先天不足等一系列问题，便提出了将双支座变为单支座，去掉铰接形式，并用开口截面代替闭口截面的想法。于是在这样的背景下，低高度密肋式预应力混凝土T型梁桥应运而出，将空心板梁桥取而代之。
　　作为一种较新型的小跨径桥梁结构形式，国外还未有此类结构的足尺试验，国内对其研究也较少。所以本文以北安至富裕高速公路的范家岗天桥为原型进行足尺破坏试验，主要研究的是低高度密肋式预应力混凝土T梁桥的整体抗弯性能及梁体对荷载的响应，为今后此类桥梁的优化设计提供参考，也为结构损伤提供加固理论依据，从而保证此类桥梁在设计基准期内的安全性。
　　通过对低高度密肋式预应力混凝土T梁进行的足尺试验，本文得到了其典型的荷载-挠度曲线，普通受拉钢筋、混凝土沿截面高度的应变分布规律及梁体的破坏形态。后运用有限元软件Midas FEA建立试验梁的三维空间模型进行模拟分析。非线性分析时采用了总应变裂缝模型下的转动裂缝模型，考虑Thorenfeldt曲线模拟混凝土压应力-压应变全曲线及用Constant曲线模拟混凝土拉应力-拉应变全曲线。通过对有限元分析结果和试验结果的对比分析，清晰直观地呈现出整个试验梁的破坏全过程和梁体对荷载的响应情况，并发现有限元模拟的弹性阶段及破坏阶段结果和试验结果均吻合较好。
　　静力有限元分析和试验结果表明，低高度密肋式预应力混凝土T梁桥是一种整体性能较好的较新型的桥梁结构形式，但其刚度稍有不足，加以改进后就能更好地替代空心板桥，从而广泛用于小跨径的公路桥梁中。本文的研究将为此结构类型梁桥的相关计算理论的建立提供试验数据及理论依据。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 本文研究的主要内容

2 结构的非线性有限元分析理论

2．1 材料本构关系

2．1．1 混凝土非线性本构关系

2．1．2 Midas FEA中所采用的本构关系

2．2 钢筋混凝土模拟方式

2．2．1 分离式

2．2．2 整体式

2．2．3 组合式

2．3 混凝土开裂有限元理论

2．3．1 混凝土裂缝模型

2．3．2 混凝土破坏准则

2．4 非线性方程组解法

2．4．1 迭代法

2．4．2 增量法

2．4．3 混合法

2．5 迭代收敛准则

2．6 本章小结

3 低高度密肋式预应力混凝土T梁足尺试验

3．1 试验概述

3．2 试验梁的基本情况

3．2．1 试验梁的几何尺寸

3．2．2 试验梁所用材料

3．2．3 试验设备准备

3．3 试验测试内容及其测点布置

3．3．1 挠度测试及测点布置

3．3．2 混凝土应变测试及测点布置

3．3．3 肋底纵向钢筋的应变测点布置

3．4 试验结果整理及全过程分析

3．4．1 基本过程

3．4．2 弹性阶段试验结果

3．4．3 弹性-塑性阶段试验结果

3．4．4 弹性-破坏阶段试验结果

3．5 本章小结

4 低高度密肋式预应力混凝土T梁静力有限元模拟分析

4．1 有限元模型建立

4．2 弹性阶段有限元结果

4．2．1 挠度结果

4．2．2 应力结果

4．3 破坏阶段有限元结果

4．3．1 挠度结果

4．3．2 应力结果

4．3．3 破坏形态分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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