大型钢筋混凝土箱涵结构拟静力试验与数值分析

摘要

箱涵结构作为一种应用简单,形式多样的超静定地下结构,广泛地应用到地铁,地下高速公路,海底隧道等大型工程中。国内外研究现状表明地下结构和地上结构的地震反应是不同的,对地下结构地震反应影响最大的是场地位移,而非惯性力。本文基于此客观现象验证了地下结构拟静力试验的可行性,并通过箱涵结构的拟静力试验分析了结构的薄弱部位,承载力以及能量耗散等情况。主要研究内容如下:
　　(1)以5组钢筋混凝土箱涵缩尺模型拟静力试验结果为基础。分析了结构在推覆荷载作用下的破坏形态、钢筋屈服次序、滞回曲线、骨架曲线、耗能曲线以及节点区开裂现象。
　　(2)通过 ABAQUS有限元分析软件,利用三维实体模型进行了数值分析。对混凝土的本构关系选取、破坏准则、损伤参数取值、接触关系和单元选取做了详细说明。分析结果表明:骨架曲线、钢筋屈服次序、以及损伤部位同试验吻合较好,但滞回曲线后期捏拢现象不明显。
　　(3)本文以加腋坡度和加腋宽度为参数进行了扩展分析。结果表明加腋可以平衡一部分应力集中,对节点区起到保护作用。加腋坡度越缓,顶板和侧壁损伤越集中;加腋宽度越大,顶板净跨越小,节点区刚度越大,局部破坏越严重。所以加腋坡度建议取1:1,加腋宽度取顶板和侧壁厚度最大值的0.5倍。当加腋坡度较缓时,应对加腋处进行加强设计。
　　(4)箱涵结构属于条形结构,可以简化为平面应变问题进行分析。本文采用日本东京大学混凝土研究室开发的二维有限元分析软件WCOMD进行数值分析。分析采用基于分散裂缝和弥散裂缝组合的纤维模型。结果表明:骨架曲线在5倍屈服位移前可以较好地模拟力-位移关系,5倍屈服位移后水平力较试验大。模拟裂缝和试验裂缝吻合较好。

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1 绪论

1.1课题的研究背景

1.2课题的研究意义

1.3国内外研究现状

1.4本文的研究内容

2 箱涵横断面数值解析影响因素

2.1考虑轴向力的梁弯曲失效

2.2刚域的影响

3 大型箱涵结构拟静力试验

3.1引言

3.2拟静力试验的可行性分析

3.3试验模型和装置

3.4试验结果

3.5 本章小结

4 钢筋混凝土箱涵结构ABAQUS实体有限元分析

4.1引言

4.2模型的建立

4.3数值模拟结果与试验结果对比分析

4.4箱涵抗震性能的影响参数分析

5 钢筋混凝土箱涵结构平面应变纤维模型分析

5.1引言

5.2模型的建立

6 结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录