无粘结预应力砼简支梁动力有限元程序设计

摘要

无粘结预应力技术具有施工简单、结构可靠、造价经济等优点,近20年来在土木工程结构中得到了广泛的应用。在无粘结预应力混凝土结构的静力性能及设计计算方面,国内外学者展开了广泛的研究并已取得了大量的研究成果,而结构的动力性能分析方面的研究还不多见。模态分析和动力响应计算是进行预应力混凝土结构分析和动力检测的基础。试验结果表明,预应力混凝土梁的固有频率和实际预应力之间存在着内在的联系:即随着预应力的增加,结构固有频率呈现增加的趋势,这与传统的动力学理论得出的结果是相反的。因此,有必要编写专门针对预应力混凝土结构的动力有限元分析程序。
　　本文在预应力混凝土基本理论和动力有限元分析的基础上,考虑预应力对刚度的影响,进行了无粘结预应力动力有限元的程序设计。用三维8结点非协调等参单元模拟混凝土单元,将钢筋分布到混凝土单元中;混凝土和钢筋均采用线弹性本构关系;对于力筋预应力对梁刚度和频率的影响,参考有关文献考虑预应力对刚度影响的方法来修正刚度矩阵;对于特征值问题的解法,考虑了标准特征值和广义特征值问题的各种算法,并考虑了集中质量矩阵和一致质量矩阵对计算结果的影响,采用拟波前子空间迭代法编制了相关的固有模态计算源程序。另外,本文在计算出固有模态的基础上,编制了用振型叠加法计算预应力结构动力位移响应的源程序。
　　最后,针对本课题组所做的三根无粘结预应力混凝土简支梁试验,运用所编程序进行分析计算,并通过对比分析,验证了所编程序的正确性。计算结果表明,本文所编制的有限元分析程序在无粘结预应力简支梁的固有模态和动力响应计算方面具有相对较高的精度。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 钢筋混凝土结构动力有限元程序设计基本理论

2.1 材料的本构关系

2.2 钢筋混凝土有限元模型

2.3 动力平衡方程的建立

2.4 有限单元法的基本理论

2.5 特征值问题及其基本计算方法

2.6 有限元动态响应的数值方法

2.7 本章小结

3 无粘结预应力梁动力有限元模拟与模态分析程序设计

3.1 无粘结预应力梁动力试验简介

3.2 无粘结预应力混凝土简支梁动力有限元模型的建立

3.3 主要程序模块介绍及其相应功能

3.4 程序的计算结果与试验结果的对比分析

3.5 本章小结

4 无粘结预应力梁的有限元动力响应程序设计

4.1 程序的主要模块介绍及其相应功能

4.2 预应力梁的ANSYS模拟

4.3 预应力梁的瞬态动力学分析

4.4 算例与计算结果对比

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 部分FORTRAN有限元计算程序