预应力钢-混凝土组合梁非线性分析及优化设计

摘要

本文基于大型有限元软件ANSYS，建立预应力钢-混凝土两跨连续组合梁的非线性有限元分析模型。所做工作和结论主要如下： 1、结合已有试验，通过非线性有限元分析，得到相应的荷载-位移过程曲线，并比较试验与模拟的弹性极限挠度和极限状态下的承载力，分析预应力组合梁在加载过程中的非线性特性。分析结果表明，模拟计算与试验情形吻合良好，说明可以利用有限元模型代替部分试验研究组合梁的工作性能。 2、对组合梁进行了参数分析，探索混凝土强度等级、钢材强度、剪力连接程度、预应力索预拉力等因素对组合梁抗弯承载力、滑移性能的影响。分析表明，(a)剪力连接系数的降低、混凝土强度等级的降低都将降低组合梁的承载力；(b)混凝土强度等级相比钢材强度和预应力大小的影响要大，预应力大小的增加会降低加载过程中组合梁的挠度，剪力连接系数的降低会使滑移增大。 3、综合比较钢梁腹板高度、下翼板厚度、腹板厚度、上翼板厚度和混凝土板厚度等截面几何因素对组合梁受力性能的影响并最终进行截面优化设计。分析表明，钢梁腹板高、下翼板厚度、混凝土板厚度为截面优化的较强因素，其他两项为较弱因素。优化设计效果显著，说明该方法可广泛应用于组合梁截面优化设计工程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1钢-混凝土组合梁概述

1.1.1钢-混凝土组合梁概念

1.1.2组合梁在桥梁结构中的应用

1.1.3组合梁桥的基本理论和设计方法

1.2预应力技术在组合梁结构中的应用

1.2.1引进预应力技术的优越性

1.2.2组合梁预应力的施加方法

1.3预应力组合梁的特点及发展状况

1.3.1预应力组合梁的特点

1.3.2预应力组合梁的在国内外的发展状况

1.4论文的背景

1.5本文研究的主要内容

第2章预应力组合梁有限元建模

2.1单元类型的选择

2.1.1型钢单元

2.1.2预应力筋单元

2.1.3混凝土单元

2.1.4剪力连接件单元

2.2材料特性的确定

2.2.1钢材材料特性

2.2.2混凝土材料特性

2.2.3连接件材料特性

2.3非线性问题的求解

2.3.1非线性问题的求解方法

2.3.2求解的收敛问题

第3章预应力连续组合梁非线性分析

3.1预应力连续组合梁参考试验简介

3.1.1试验概况

3.1.2加载方式

3.2有限元分析模型

3.2.1预应力组合梁的基本参数

3.2.2有限元模型的建立

3.2.3对比试验梁调整模型的参数

3.3有限元模型计算结果分析

3.3.1组合梁应力应变分析

3.3.2组合梁变形及承载力的分析

3.3.3组合梁滑移分析

3.4本章小结

第4章预应力组合梁的单参数极限分析

4.1混凝土强度等级的影响

4.1.1混凝土强度等级对组合梁承载力的影响

4.1.2不同混凝土强度下的钢梁塑性变形分析

4.1.3不同混凝土强度的组合梁极限状态下的滑移

4.2钢梁材料的影响

4.2.1钢梁材料对组合梁承载力的影响

4.2.2提高钢材强度对钢梁塑性变形的影响

4.3.3钢梁材料对组合梁滑移性能的影响

4.3预应力索有效预加力大小的影响

4.3.1预加力大小对组合梁承载力的影响

4.3.2预加力大小对组合梁塑性变形的影响

4.3.3预加力大小对组合梁滑移性能的影响

4.4剪力连接度的影响

4.4.1剪力连接度对组合梁承载力的影响

4.4.2剪力连接度对组合梁滑移性能的影响

4.5本章小结

第5章预应力组合梁截面尺寸优化设计

5.1截面几何尺寸参数分析

5.1.1钢梁腹板高度的影响

5.1.2钢梁下翼缘板厚度的影响

5.1.3钢梁腹板厚度的影响

5.1.4钢梁上翼缘板厚度的影响

5.1.5混凝土板厚度的影响

5.2优化分析

5.2.1优化设计基本概念

5.2.2本设计的优化数学模型

5.2.3优化分析结果

第6章结论与进一步研究的问题

6.1结论

6.2需要进一步研究的问题

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果