预应力钢筋混凝土桥梁等效单元的研究

摘要

随着桥梁建设事业的蓬勃发展，新桥梁的力学性能是否达到设计要求，旧桥梁的承载能力是否满足安全需要，都需要对桥梁进行健康监测。桥梁的有限元计算在桥梁建设中将发挥更重要的作用。 目前构成钢筋混凝土结构的有限元模型主要有两种，一是选取钢筋单元和混凝土单元，建立起全桥单元，即分离式建模。一种是选取钢筋混凝土单元，即假设钢筋分布在整个单元中，作为钢筋单元和混凝土单元的等效单元建立全桥模型模型，即整体式建模。 本文以罗家港桥为研究对象，使用两种建模方式对预应力钢筋混凝土桥梁进行了数值分析讨论，并与相应的实际桥梁的动静载试验结果进行比较，得到了一些主要参考价值的结果，为今后的设计、有限元模拟简化提供指导。本文主要完成以下工作： (1)详细介绍空间问题的有限元分析理论，主要就钢筋混凝土综合的单元刚度矩阵、材料的本构关系和强化模型、预应力的模拟等进行简明的阐述。 (2)在最不利的荷载位置按各种工况加载，对罗家港桥进行静载试验。得到全桥关心点的挠度和应变数值；对桥做动载试验以得到全桥的前三阶频率。 (3)使用分离式模型，分别选用不同的单元来模拟钢筋和混凝土。建立空间有限元模型，对该预应力钢筋混凝土桥梁进行数值模拟，得到全桥的应力分布情况和挠度(变位)及前三阶频率；其次使用整体式模型(即用钢筋混凝土等效单元)，建立空间有限元模型，对该预应力钢筋混凝土桥梁进行数值模拟。 (4)将两种方式模拟的计算结果与相应的实际桥梁动静载试验结果进行比较，分析用等效单元法建立模型计算的优缺点及结果产生差距的原因。最后找到缩小差距的方法。 本文的研究成果，对探讨等效单元在桥梁模拟计算中的应用、深入了解桥梁结构受力特征和提高ANSYS等有限元计算精度有一定的价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章引言

1.1本课题的研究概况

1.1.1有限元分析在预应力钢筋混凝土桥梁中的应用的研究现状

1.1.2 ANSYS在桥梁结构分析中的应用

1.2问题的提出和意义

1.3本文的主要研究工作

第2章预应力钢筋混凝土桥梁有限元分析的理论

2.1有限单元法概述

2.1.1有限元法的基本概念

2.1.2有限单元法的分析步骤

2.1.3钢筋混凝土结构有限元模型的选择

2.2材料的本构关系

2.2.1混凝土本构

2.2.2钢筋本构关系

2.3钢筋混凝土等效单元的理论

2.4 ANSYS有限元计算中的几种单元的理论基础

2.4.1 SOLID65单元理论基础

2.4.2 LINK8单元理论基础

2.5 Ansys加预应力的方式

2.5.1预应力的模拟方式

2.5.2建立预应力的模型

2.6本章小结

第3章罗家港桥中幅试验分析

3.1罗加港桥中幅工程概况

3.2静载试验

3.2.1试验荷载

3.2.2测试截面

3.2.3测点布置

3.2.4荷载组成

3.2.5加载程序与载位

3.2.6加载程序

3.2.7静载试验结果

3.2.8静载挠度试验结果

3.3动载试验

3.3.1动载试验仪器设备和方法

3.3.2动载试验测点布置

3.3.3动载试验工况

3.3.4测试结果及分析

3.4本章小节

第4章两种建模方式下罗家港桥的空间有限元分析

4.1用分离式建立混凝土空心板桥有限元模型

4.2分离式模型的计算过程、结果整理与分析

4.2.1静力分析

4.2.2动力分析

4.3用整体式建立混凝土空心板桥有限元模型

4.4整体式模型的计算过程、结果整理与分析

4.4.1静力分析

4.4.2动力分析

4.5本章小结

第5章两种模型计算结果与试验数据的比较

5.1分离式模型的计算值与试验值的比较

5.1.1静力分析

5.1.2动力分析

5.2分离式与整体式计算值的比较

5.2.1静力分析

5.2.2静力分析

5.3整体式模型的改进

5.3.1静力分析

5.3.2动力分析

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文