超静定预应力混凝土梁非线性有限元分析

摘要

本文在分析国内外预应力混凝土结构已有研究成果的基础上，总结出利用ANSYS程序进行超静定预应力混凝土梁非线性有限元分析的方法和技巧，建立预应力混凝土梁的分离式模型，对其进行从加载到破坏的全过程分析，主要内容如下： (1)从延性理论出发，在预应力混凝土超静定梁弯矩调幅的研究中引入曲率延性，推导出满足承载能力要求的弯矩调幅限值的延性表达式。在弯矩调幅系数的取值上，考虑了使用阶段裂缝宽度限值的影响，提出了弯矩调幅系数的建议公式，给出了考虑内力重分布的塑性结构设计建议。 (2)借助ANSYS中的APDL语言，通过实体切割方法建立了预应力钢筋混凝土梁的分离式模型，模型中箍筋、纵向受力钢筋、曲线预应力筋的布置与试验梁保持一致，解决了有限元分析中曲线预应力筋建模问题。 (3)对预应力混凝土超静定梁进行全过程受力分析，借助有限元计算结果，通过实例绘制相关曲线，与试验相验证，探讨了梁的极限承载力，并分析了塑性铰的形成及弯矩重分布对极限承载力的影响。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1预应力混凝土发展概况

1.1.1预应力混凝土结构的发展史

1.1.2预应力混凝土设计理论

1.1.3超静定结构的塑性内力重分布

1.2非线性与非线性有限元

1.2.1非线性问题的提出

1.2.2非线性分析的发展历史

1.2.3传统弹性设计理论的矛盾和不足

1.2.4非线性分析的优势

1.3论文的选题和内容安排

1.3.1问题的提出

1.3.2论文的主要内容和安排

第2章预应力混凝土梁延性及弯矩调幅

2.1延性的基本概念

2.1.1延性与内力重分布的关系

2.1.2曲率延性系数

2.2预应力混凝土超静定结构弯矩调幅的基本条件

2.2.1计算假定

2.2.2截面延性系数计算

2.3预应力混凝土超静定结构的调幅

2.3.1满足承载能力要求的截面延性

2.3.2满足承载能力要求的弯矩调幅限值

2.3.3满足裂缝宽度要求的弯矩调幅限值

2.4考虑次弯矩的弯矩调幅

2.4.1次弯矩在结构受力过程中的变化

2.4.2考虑弯矩调幅的设计步骤

2.5本章小结

第3章预应力混凝土结构非线性有限元分析

3.1预应力混凝土结构的有限元模型

3.1.1 ANSYS软件简介

3.1.2模型分类

3.1.3单元选择

3.2混凝土的本构关系和破坏准则

3.2.1单轴受压应力-应变关系

3.2.2单轴受拉应力-应变关系

3.2.3混凝土的破坏准则

3.3钢筋材料的本构关系

3.4预应力筋的建模与计算

3.4.1实体切割法

3.4.2节点耦合法

3.4.3约束方程法

3.4.4预应力荷载的施加

3.5混凝土单元开裂后的处理

3.5.1分离裂缝模型

3.5.2弥散裂缝模型

3.5.3单元开裂后的处理

3.6非线性求解收敛的问题

3.6.1混凝土单元网格尺寸的划分

3.6.2荷载的施加和有限元求解的设置

3.7本章小结

第4章预应力混凝土超静定梁非线性分析

4.1有限元分析模型

4.1.1实验梁概况

4.1.2材料本构模型

4.2 ANSYS结构建模求解

4.2.1模型的建立

4.2.2有限元加载求解

4.3计算结果分析

4.3.1梁的全过程受力分析

4.3.2荷载应力曲线

4.3.3裂缝开展

4.4极限承载能力及弯矩调幅

4.4.1极限承载能力

4.4.2弯矩调整的幅值

4.5小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢