预应力钢筋箍约束混凝土柱的有限元分析.pdf

燕山大学
硕士学位论文
预应力钢筋箍约束混凝土柱的有限元分析
姓名:张东亮
申请学位级别:硕士
专业:固体力学
指导教师:杜国君
20070301
摘要本文的主要研究工作是对作者提出的结构模型——预应力钢筋箍约束混凝土柱进行分析。该模型是在预应力技术和约束混凝土技术结合的基础上提出的。分析以有限元计算为主,使用大型分析计算软件惺的拟。在原创性的提出结构模型的基础上,本文主要进行了结构受力模拟分析,为该结构投入使用建立前期理论基础。论文主要包括有限元建模的设计、截面应力分析和强度优化设计三方面的内容。首先,建立预应力钢筋箍约束混凝土柱结构模型。该模型的几何尺寸和材料类型以现有的工程实际结构尺寸为参考,通过选取合理的本构关系和单元类型,模拟真实的约束和荷载进行求解。并对混凝土——钢组合材料这一结构形式的建模和分析进行了一些归纳。其次,给结构施加预应力,针对柱截面应力的计算结果进行分析。在柱的横截面上,发现截面中点附近存在弱约束区和在截面角部存在应力集中。通过对柱纵截面的应力分析,发现在柱体纵向约束力可以沿刚性铰方向进行传递。结构的破坏截面在预应力钢筋箍中间的截面上。最后,为减少模型中的弱约束区,作者加密了模型中的钢筋箍,提出了优化方案。通过对加密钢筋箍以后截面弱约束区域分布范围和截面应力值变化的分析,对比两种方案的约束性能。通过对比可以发现,加密预应力钢筋箍以后,混凝土柱的弱约束区明显减少,收到的约束力更加均匀,结构受力的均匀性大幅度提升。关键字约束混凝土;预应力;有限元;优化设计;弱约束区;应力集中
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作糍各躺乞作者签字衾丈菇≥毛日期:辍堇逧日期:扣辏辉聄。:此处所提交的硕士学位论文《预应力钢筋箍约束混凝土柱的有限元分析》,是本人在导师指导下,,论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。《预应力钢筋箍约束混凝土柱的有限元分析》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有,本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本,允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,可以公布论文的全部或部分内容。保密口,在本学位论文属于不保密口。朐谝陨舷嘤Ψ娇蚰诖颉啊獭导师签名:年解密后适用本授权书。期:、年月日
第滦髀预应力混凝土结构的发展概况应力混凝土进入实际应用圈,却是在研制出较高强度的钢材、锚具并认识到对混凝土结构施加预应力的设想,最早起源于世纪后期【俊法国工程师弗雷西奈岢隽嗽びα炷帘匦氩捎酶咔扛植和高强混凝土,从此,对预应力混凝土的认识开始进入了理性阶段。而预混凝土的收缩、徐变及其对预应力效应的影响之后,大约在世纪年代才开始的。预应力混凝土的大量推广,则开始于第二次世界大战后的年,由于战后钢材供应异常紧张,欧洲各国纷纷采用预应力混凝土来代替钢结构。从年代起拦⒓幽么蟆⑷毡尽拇罄堑裙部J纪乒预应力混凝土。‘年成立了国际预应力混凝土协会,有四十多个成员国参加,每四年举行大会一次,交流各国在理论和实践方面的经验。’谖夜びα炷良际醮兰甏鸩絒,一开始主要采用冷拉钢筋制作有粘结预应力构件,随着高强预应力钢丝、钢铰线的应用和预应力设计、施工工艺的发展,世纪年代,中国建筑科学研究院研制成功了锚具;世纪年代研制成功锚固多根钢铰线及平行钢丝的、锚具及相应的联结器。这些材料、技术和标准规范的配套完善促进了预应力技术在房建、桥梁、水工及特种结构中的广泛应用,取得了明显的经济和社会效益。预应力钢筋混凝土拉弯构件的主要受力特点是在结构的受拉区域通过预应力钢筋施加一个压应力,从而延缓混凝土裂缝的出现并抑制裂缝发展。从而充分发挥受压区混凝土的受压能力,提高整体结构的性能和刚度,使构件小而轻,为发展重载、大跨度、大开间的体系创造条件。虽然预应力大跨度的桥梁,楼板等受弯构件研究已经取得了长足的进步,但是在受压构件中,使用预应力提高受压混凝土构件的承载能力的研究却比较少,‘尚未完善【浚论文【】对现阶段国际预应力混凝土的发展状况进行了一定的阐述。
约束混凝土的研究发展现状我国的张秀琴、过镇海、王传赳】在研究素混凝土的工作基础上,——应变全曲线进行了试验在钢筋混凝土柱中,横向设置的箍筋可以对受力