梁橋鋼-FRP束與混凝土相互作用分析理論與系統(tǒng)研究.pdf

1、在目前用得較多的混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中，混凝土和筋束的相互作用形成橋梁的結(jié)構(gòu)功能。尤其對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，常將預(yù)應(yīng)力鋼/FRP束的作用，轉(zhuǎn)化為外荷載，欠考慮它們之間的相互作用。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們嘗試研究鋼/FRP束與混凝土相互作用分析理論與系統(tǒng)，以期解決不斷出現(xiàn)的梁橋新材料、新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工分析。 首先，研究并提出了梁橋鋼/FRP束與混凝土相互作用分析方法。在提出異種材料組合構(gòu)件和協(xié)作關(guān)系概念的基礎(chǔ)上，研究并推導(dǎo)了預(yù)應(yīng)力

2、束與混凝土的協(xié)作關(guān)系，建立了一種新的基于協(xié)作關(guān)系的異種材料組合構(gòu)件的結(jié)構(gòu)幾何非線性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析方法。通過(guò)實(shí)例計(jì)算證明了該方法具有單元性態(tài)好，計(jì)算效率高，能考慮混凝土?xí)r變特性等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，有效解決了鋼/FRP束與混凝土相互影響，如鋼/FRP束對(duì)混凝土徐變的影響，特別是在節(jié)段施工預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，因分批張拉引起先期索的預(yù)應(yīng)力損失問(wèn)題。因分析反映實(shí)際的結(jié)構(gòu)行為，這就提高了對(duì)各種事故的預(yù)見(jiàn)性，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性安全。 其次，在上

3、述理論和方法的基礎(chǔ)上，研制了一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，功能強(qiáng)大的橋梁分析系統(tǒng)WXQ2.0。研究并實(shí)現(xiàn)了固有振動(dòng)、強(qiáng)度及穩(wěn)定的同步分析與預(yù)警。 接著，基于所提出的理論、方法和系統(tǒng)，進(jìn)行了～些成功的應(yīng)用，例如：第一，在彎橋設(shè)計(jì)分析中的應(yīng)用。彎橋最顯著的受力特點(diǎn)是，梁截面在發(fā)生豎向彎曲的同時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，而扭轉(zhuǎn)作用也將導(dǎo)致粱的撓曲變形。這種“彎一扭”耦合作用造成了彎橋復(fù)雜的空間力學(xué)特性。尤其對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土彎橋，預(yù)應(yīng)力束與混凝土之間具有復(fù)雜的

4、相互作用機(jī)理。為研究這種復(fù)雜的相互作用機(jī)理，使用上述基于協(xié)作關(guān)系的空間有限元法來(lái)分析彎橋的空間力學(xué)效應(yīng)的方法。該方法可對(duì)預(yù)應(yīng)力索張拉過(guò)程進(jìn)行合理模擬，有效計(jì)算分析預(yù)應(yīng)力束張拉力效應(yīng)。從而有效分析預(yù)應(yīng)力束、混凝土共同工作的整體結(jié)構(gòu)行為。在此基礎(chǔ)上，基于我們所研制的彎斜橋設(shè)計(jì)施工分析系統(tǒng)WXQ2.O，以實(shí)例說(shuō)明基于鋼束與混凝土協(xié)作關(guān)系的彎橋空間分析方法的效率及可靠性。 第二，在體外預(yù)應(yīng)力梁橋設(shè)計(jì)分析中的應(yīng)用。為了尋求實(shí)用、高精確度的

5、體外束應(yīng)力增量計(jì)算方法，基于體外束與混凝土協(xié)作關(guān)系，研究應(yīng)力增量分析方法。針對(duì)典型斷面構(gòu)件中相互獨(dú)立的體外束與混凝土一起工作所需滿足的關(guān)系，推導(dǎo)了預(yù)應(yīng)力束與混凝土協(xié)同工作的主從關(guān)系式。這種體外束與混凝土協(xié)同工作的關(guān)系可由非線性有限元的求解過(guò)程自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，即在進(jìn)行不平衡力的迭代時(shí)，引入預(yù)應(yīng)力束與混凝土的變形協(xié)調(diào)關(guān)系。進(jìn)而可方便求出體外束隨結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量及應(yīng)力增量。算例表明，所提出的方法可有效地分析體外束應(yīng)力增量，模擬體外束預(yù)應(yīng)力橋梁