大跨度钢管混凝土拱桥的三维非线性层合元分析研究

摘要

钢管混凝土以其诸多优点而在高层建筑和大跨度拱桥中得到广泛应用,国内外很多学者对钢管混凝土构件的极限承载力以及长期载荷作用下核心混凝土的徐变特性进行了大量的试验研究和理论探索.该文在总结过去有关研究成果的基础上,针对目前对钢管混凝土结构受力特性研究中所存在的主要问题,提出了三维非线性虚拟层合单元法,并对钢管混凝土构件的极限承载力和徐变规律分别进行了深入研究.在对钢管混凝土构件极限承载力的分析计算中,该文提出了核心混凝土的三维非线性应力—应变全量和增量本构关系模型,采用完全的拉格朗日表述来考虑与变形历史有关的大变形问题,并对长细比、含钢率和偏心率在较大范围内变化的方、圆钢管混凝土构件的非线性屈曲承载力分别进行了试验和理论对比分析研究,结果表明二者符合较好.在对钢管混凝土构件长期荷载效应的分析中,该文基于三维粘弹性理论,采用三参数粘弹性模型,提出了核心混凝土徐变的三维有限元分析理论,在总结过去大量关于混凝土徐变试验实测结果的基础上拟合了模型中的三个参数,并成功将其应用于钢管混凝土徐变的三维分析计算中,得到徐变与持荷时间的关系,以典型截面形式的圆钢管混凝土轴压、偏压构件为例,对轴压比、长细比、含钢率、偏心率以及核心混凝土等级分别进行了大量的参数分析和实验对比研究,结果表明二者符合较好.最后,将该文所提出的三维非线性分析方法及其主要研究成果直接应用于198m跨劲型骨架式钢管混凝土拱桥

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1论文的选题背景

1.2钢管混凝土的国内外发展概况

1.3短期荷载作用下钢管混凝土力学性能的国内外研究现状

1.3.1钢管混凝土构件截面承载力的规范计算公式

1.3.2钢管混凝土构件承载力的理论研究现状

1.4长期荷载作用下钢管混凝土力学性能的国内外研究现状

1.4.1混凝土徐变的基本理论

1.4.2混凝土徐变线形理论

1.4.3混凝土徐变的影响因素及钢管混凝土徐变的特点

1.4.4徐变系数的规范建议计算公式

1.4.5钢管混凝土徐变的研究概况

1.4.6评价

1.5本文的主要研究工作以及创新成果

参考文献

第二章三维线弹性小变形有限元分析理论

2.1前言

2.2三维虚拟层合单元法的提出及其基本思想

2.3三维虚拟层合单元法

2.3.1基本分析过程

2.3.2单元以及各分块区域的坐标、位移插值模式

2.3.3单元以及各材料分块区域的应变

2.3.4三维虚拟层合系列单元中应力的计算

2.3.5三维虚拟层合单元的元素矩阵

2.4数值算例

2.5本章小结

参考文献

第三章钢管混凝土承载力的三维非线形有限元分析

3.1前言

3.2弹性失稳问题的三维有限元分析理论

3.2.1用修正的欧拉公式计算失稳载荷

3.2.2弹性失稳的三维有限元分析理论

3.3三维非线性虚拟层合实体元

3.3.1方法的提出

3.3.2非线性屈曲的三维有限元分析

3.3.3钢管混凝土短柱的强度承载力

3.4钢管混凝土构件承载力数值算例

3.5本章小结

参考文献

第四章长期载荷作用下钢管混凝土力学性能的理论研究

4.1前言

4.2徐变的三维有限元分析理论

4.2.1坐标和位移插值模式

4.2.2单轴应力状态下混凝土徐变的增量本构关系

4.2.3多轴应力状态下混凝土徐变的增量本构关系

4.2.4混凝土徐变三维分析有限元方程的建立

4.2.5徐变的三维有限元分析过程

4.2.6徐变系数的定义

4.2.7试验研究以及徐变模型参数的拟合

4.3数值算例

4.4本章小结

参考文献

第五章大跨度钢管混凝土拱桥的三维非线性分析

5.1前言

5.2钢管混凝土拱桥承载力的三维非线性屈曲分析

5.2.1钢管混凝土拱桥承载力计算方法综述

5.2.2特征值失稳系数的三维有限元分析结果

5.2.3非线性屈曲承载力的三维有限元计算结果

5.3长期荷载作用下钢管混凝土拱桥的受力特性

5.3.1工况Ⅰ下长期荷载效应的研究成果

5.3.2工况Ⅱ下长期荷载效应的研究成果

5.3.3一期恒载的长期荷载效应小结

5.4本章小结

参考文献

第六章钢管混凝土和钢筋混凝土拱方案的对比研究

6.1前言

6.2极限承载力的对比研究成果

6.2.1特征值失稳系数比较结果

6.2.2非线性屈曲系数的比较结果

6.3长期荷载效应的对比研究结果

6.4本章小结

参考文献

第七章结论与展望

7.1本文主要结论

7.2展望以及建议

致谢

发表的学术论文清单