基于空间等参元并考虑预应力效应的桥梁分析程序开发

摘要

在对桥梁软件发展历史进行论述的基础上，本文针对目前国内常用桥梁专用软件不能同时考虑空间实体单元和预应力效应的特点，提出解决方案，并编制出相应的桥梁结构分析程序。 引入三次参数曲线描述预应力筋线形，使得预应力筋方程能保证C2连续。基于空间8节点等参单元，对预应力筋的几何描述、效应分析及损失计算等进行了研究，结合预应力空间效应分析的两阶段模拟法，实现了在不额外增加单元数量的情况下直接在空间等参单元中考虑预应力筋，解决了预应力混凝土桥梁结构空间受力状态分析问题。用稀疏直接求解法求解稀疏矩阵方程，使得自编程序能轻松求解大型稀疏矩阵。 以一预应力混凝土简支槽形梁静载试验为背景，用本自编程序对成桥状态和正常使用状态下结构的空间应力状态进行分析，对主梁的三向应力分布情况进行了研究，对主梁上下缘的纵向正应力分布情况进行了研究，并对其空间效应进行了评价。结果表明，本自编程序能很好反映此槽形梁实际受力情况，能客观分析其预应力筋的空间效应。 本自编程序能解决预应力混凝土桥梁结构的仿真分析问题，应用于实际问题也得到了理想的结果，并为完善设计提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1桥梁软件发展概况

1.1.1有限元通用程序的发展

1.1.2国内桥梁结构专用分析程序和软件的发展

1.2本文主要研究内容

第2章结构有限元分析基本原理

2.1概述

2.2预应力混凝土的基本概念

2.2.1预应力混凝土概述

2.2.2预应力损失及有效预应力

2.3传统等效荷载法

2.3.1等效荷载的三种基本类型

2.3.2工程中常用曲线预应力筋的等效荷载

2.4空间8节点等参单元

2.4.1空间8节点等参单元介绍

2.4.2应力精化与应力磨平

第3章曲线拟合基本知识

3.1样条与样条曲线的基本概念

3.1.1样条表示

3.1.2参数连续性条件

3.1.3几何连续性条件

3.2 Bezier曲线

3.3 NURBS曲线

3.3.1 B样条曲线的定义及其分类

3.3.2 NURBS曲线的描述

3.3.3权因子对NURBS曲线形状的影响

3.3.4 NURBS曲线的反算

3.3.5 NURBS曲线的正算

第4章桥梁空间分析中预应力效应模拟研究

4.1预应力筋曲线方程研究

4.1.1预应力筋曲线方程定义

4.1.2三次Bezier曲线拟合空间圆弧

4.1.3三次NURBS曲线拟合复杂空间曲线

4.1.4复杂空间曲线拟合误差分析

4.2预应力损失的确定

4.2.1预应力筋与管道壁间摩擦引起的损失计算

4.3预应力筋沿程荷载分布力的确定

4.3.1基本公式推导

4.3.2算例

4.4预应力空间效应分析方法研究

4.4.1集中力的等效节点荷载

4.4.2线分布荷载的等效节点荷载

4.4.3预应力筋刚度

4.5算例及小结

4.5.1预应力筋与管道间摩擦引起的应力损失计算

4.5.2混凝土弹性压缩引起的应力损失计算

4.5.3用等效节点荷载法计算预应力效应的准确性的验证

4.5.4预应力筋摩阻损失试验研究

第5章自编程序的编制及运行

5.1程序编制环境简介

5.1.1概述

5.1.2 OpenGL简介

5.1.3面向对象的程序思想

5.2自编程序前后处理介绍

5.2.1自编程序前处理

5.2.2自编程序后处理

5.2.3自编程序的典型例题分析过程

5.3总体刚度矩阵存储的数据结构探讨

5.3.1传统的总体刚度矩阵数据结构

5.3.2大型稀疏矩阵的数据结构

5.3.3自编程序采用的数据结构

5.4自编程序求解器介绍

5.4.1稀疏直接求解器

第6章槽形梁空间仿真分析研究

6.1工程背景

6.2空间分析模型

6.2.1空间分析有限元网格

6.2.2荷载及边界条件

6.3主梁纵向(Z向)正应力空间分析

6.3.1成桥状态下主梁纵向正应力空间分析

6.3.2主梁预应力效应分析

6.4主梁横向(X向)正应力空间分析

6.5主梁竖向(Y向)正应力空间分析

6.6正常使用状态主梁纵向正应力空间分析

6.7本章小结

第7章结论与展望

7.1本文主要结论

7.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果