深中通道钢壳混凝土沉管组合结构收缩和徐变分析

摘要

随着经济的发展和技术的进步，遇水架桥已经不是唯一的选择，沉管结构在考虑通航和经济的优势下应运而生。由于沉管隧道的设计使用年限为100年以上，混凝土的收缩和徐变会使钢混三明治组合结构沉管发生应力重分布，因此对钢混三明治组合结构收缩和徐变分析具有重要的工程应用价值。本文基于混凝土的收缩和徐变进行了如下工作： 以沉管底板边跨跨中截面为研究对象，结合平截面假定和微元法思想建立受力平衡方程组，通过解析方法分析了钢混三明治组合结构截面在考虑收缩和徐变影响下的应力和应变。根据龄期调整的有效模量法推导出徐变系数的增量表达式，通过Fortran语言将规范中的收缩和徐变本构写入ABAQUS子程序中，并通过已有的试验验证了模型的准确性。通过编写的子程序利用ABAQUS建立有限元模型对沉管结构进行数值模拟，将沉管结构分成墙体、底板和顶板三部分，分别分析了不同结构尺寸、混凝土强度和荷载对结构的影响规律，并通过引入折减系数定量分析了不同因素的影响情况。结合影响折减系数的各因素，拟合出了考虑不同板厚、混凝土强度和内外钢壳厚度影响的折减系数曲线，用ABAQUS软件建立了二维混凝土模型与三维整体管节模型，并将计算结果进行了对比分析，验证了拟合公式的可行性。根据这一结果，对于今后的沉管隧道工程，都可以通过建立ABAQUS二维模型快速准确地计算出钢混三明治组合结构沉管对应各控制点的变形情况。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1工程背景

1.2沉管发展概况

1.3混凝土的收缩和徐变

1.3.1混凝土收缩徐变研究

1.3.2混凝土的徐变

1.3.3混凝土的收缩

1.3.4混凝土收缩徐变预测模型

1.4本文研究内容

2钢混三明治组合结构截面收缩和徐变性能解析计算

2.1初始内力计算

2.2初始内力分布

2.3徐变与收缩

2.4应力重分布计算

2.5 计算结果分析

2.6本章小结

3 混凝土收缩与徐变的数值模拟计算

3.1收缩徐变计算的理论推导

3.2徐变系数的拟合

3.3收缩的计算

3.4 ABAQUS子程序的应用

3.5模型准确性验证

3.6 本章小结

4考虑钢壳影响的收缩徐变分析

4.1墙体竖向位移的收缩徐变分析

4.1.1墙体高度对折减系数的影响

4.1.2墙体厚度对折减系数的影响

4.1.3混凝土强度等级对折减系数的影响

4.1.4外钢壳厚度对折减系数的影响

4.1.5内格板厚度对折减系数的影响

4.1.6轴压比对折减系数的影响

4.2底板边跨跨中挠度的收缩徐变分析

4.2.1底板厚度对折减系数的影响

4.2.2底板边跨跨度对折减系数的影响

4.2.3底板混凝土强度等级对折减系数的影响

4.2.4外壳厚度对折减系数的影响

4.2.5内格板厚度对折减系数的影响

4.2.6板面荷载对折减系数的影响

4.3顶板边跨跨中挠度和上倒角挠度的收缩徐变分析

4.3.1顶板厚度对折减系数的影响

4.3.2顶板边跨跨度对折减系数的影响

4.3.3混凝土强度等级对折减系数的影响

4.3.4外壳厚度对折减系数的影响

4.3.5内格板厚度对折减系数的影响

4.3.6外荷载对折减系数的影响

4.4本章小结

5 折减系数的拟合以及沉管整体计算的对比

5.1折减系数的拟合

5.1.1墙体竖向变形折减系数的拟合

5.1.2底板边跨跨中挠度折减系数的拟合

5.1.3顶板边跨跨中挠度折减系数的拟合

5.1.4上倒角竖向变形折减系数的拟合

5.2沉管模拟计算

5.2.1模型参数

5.2.2模拟结果

5.3本章小结

结 论

参 考 文 献

附录A Matlab徐变计算程序

附录B Matlab徐变系数拟合程序

附录C 徐变收缩计算ABAQUS子程序

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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