双预应力混凝土梁静力与动力特性分析

摘要

双预应力混凝土梁是同时具有预拉和预压应力的新型预应力梁。由于该类梁中拉、压应力的同时存在，从理论上可以通过调整拉、压应力而使混凝土梁截面上的应力达到一个“零应力”状态，进而既减少了混凝土受拉区的拉应力，又降低了受压区过高的压应力，从而使该类梁具有降低梁截面高度，改善梁承载力性能的优点，在大跨径桥梁中应用前景广阔。
　　国内外学者对双预应力混凝土梁的静力性能进行了一系列的理论和试验研究，对其动力特性的研究相对较少。为此，本文以较为经济的有限元分析技术对双预应力混凝土梁的静力和动力性能进行了分析，并建立理论计算模型，从理论上进行了动力特性分析。
　　本文主要研究工作如下:
　　1、比较分析了双预应力体系与单预应力体系分析方法的异同;
　　2、基于ANSYS中APDL参数化设计语言以单元类型和网格大小为设计参数建立双预应力混凝土梁有限元模型对已有试验预拱和加载开裂过程进行模拟，优化出合理有效的有限元模型，并利用优化的有限元模型进行双预应力混凝土梁静力和动力特性分析，分析了预应力大小、预应力筋偏心距、混凝土强度对承载力以及自振频率的影响。
　　3、对ANSYS中结构静力和动力特性分析的关键问题，如材料本构关系、钢筋滑移、预应力施加等进行了分析，提出了解决方法。
　　4、基于预应力梁抗弯刚度修正理论建立并求解了双预应力混凝土梁自振频率微分方程，从理论上分析了预应力大小及预应力筋偏心距对自振频率的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 预应力混凝土梁分类

1．3 双预应力混凝土粱

1．3．1 双预应力混凝土梁的作用原理

1．3．2 双预应力混凝土梁分类

1．3．3 双预应力混凝土梁的应用

1．3．4 双预应力混凝土梁静力特性研究现状

1．3．5 双预应力混凝土梁动力特性研究现状

1．4 本文主要研究内容

2 双预应力混凝土梁静力与动力分析方法

2．1 引言

2．2 双预应力梁静、动力特性研究方法

2．1．1 理论研究方法

2．1．2 试验研究方法

2．1．3 数值模拟研究方法

2．2 双预应力与单预应力分析方法的异同

2．2．1 单预应力分析方法

2．2．2 双预应力分析方法

2．3 动力特性实用计算方法

2．3．1 Rayleigh能量法

2．3．2 Dunkerley计算法

2．3．3 Ritz计算法

2．4 本章小结

3 基于ANSYS双预应力混凝土梁静力特性分析

3．1 有限元软件ANSYS介绍

3．1．1 ANSYS有限元法基本思想和特点

3．1．2 ANSYS的发展过程

3．1．2 ANSYS结构静力学分析概论

3．1．3 ANSYS结构静力学分析一般流程

3．1．4 ANSYS参数化分析概论

3．2 双预应力混凝土梁材料性能介绍

3．2．1 混凝土的力学性能

3．2．2 钢材的力学性能

3．3 有限元计算模型的建立过程

3．3．1 有限元建模方法选取

3．3．2 材料单元类型选取及参数设置

3．3．3 材料本构关系

3．3．4 模型中各材料建立

3．3．5 网格大小及网格划分方法的选取

3．3．6 预应力施加方法

3．3．7 边界条件的处理

3．3．8 加载方式的处理

3．4 有限元模拟中关键问题的介绍及解决方法

3．4．1 模型中钢筋与混凝土之间的滑移问题

3．4．2 计算速度和收敛的控制

3．4．3 单元类型组合和网格大小优化

3．5 有限元模型的试验验证以及模型的确定

3．5．1 已有试验概况的介绍

3．5．2 有限元模型材料参数

3．5．3 通过双预应力混梁施加预应力起拱值验证有限元模型

3．5．4 通过双预应力混梁加载开裂荷载值验证有限元模型

3．6 双预应力混凝土梁承载力影响因素分析

3．6．1 预拉力大小对梁承载力的影响

3．6．2 预压力大小对梁承载力的影响

3．6．3 预拉力筋偏心距对梁承载力的影响

3．6．4 预压力筋偏心距对梁承载力的影响

3．7 本章小结

4 基于ANSYS双预应力混凝土梁动力特性分析

4．1 ANSYS中结构模态分析介绍

4．1．1 结构模态分析基本概念

4．1．2 结构模态分析求解方法

4．1．2 ANSYS中结构模态分析流程

4．2 双预应力混凝土梁模态分析关键问题介绍与处理

4．2．1 边界约束条件的设置

4．2．2 预应力如何引入模态分析的设置

4．3 双预应力混凝土简支梁自振频率影响因素探讨

4．3．1 预拉力大小对自振频率的影响

4．3．2 预压力大小对自振频率的影响

4．3．3 预拉力筋偏心距对自振频率的影响

4．3．4 预压力筋偏心距对自振频率的影响

4．3．5 混凝土强度对自振频率的影响

4．4 本章小结

5 双预应力混凝土梁动力特性理论分析

5．1 理论分析基本假定

5．2 预应力混凝土粱自振频率传统分析理论

5．2．1 传统理论公式推导过程

5．2．2 传统理论公式存在的问题

5．3 预应力混凝土梁整体抗弯刚度修正理论

5．3．1 预应力筋对梁整体抗弯刚度的贡献

5．3．2 预应力值改变、预应力筋偏心距引起抗弯刚度改变

5．4 双预应力混凝土简支梁横向振动自振频率理论分析

5．4．1 自振频率微分方程的建立

5．4．2 自振频率微分方程修正并求解

5．5 双预应力混凝土简支梁自振频率影响因素理论分析

5．5．1 预拉力大小对自振频率的影响

5．5．2 预压力大小对自振频率的影响

5．5．3 预拉力筋偏心距对自振频率的影响

5．5．4 预压力筋偏心距对自振频率的影响

5．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果