双层交通混凝土箱梁抗弯性能数值模拟5.12.doc
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1、密 级: 公 开中图分类号:U448.21硕士学位论文双层交通混凝土箱梁抗弯性能数值分析 学位类型: 学术型学位 学科(专业学位类别): 土木工程 作者姓名: 导师姓名及职称: 实践导师姓名及职称: 学院名称: 土 木 工 程 学 院 论文提交日期: 2016年4月27日 双层交通混凝土箱梁抗弯性能数值分析学位类型: 学 术 型 学 位 学科(专业学位类别): 土 木 工 程 作者姓名: 作者学号: 导师姓名及职称: 实践导师姓名及职称: 学院名称: 土 木 工 程 学 院 论文提交日期: 2016年4月27日 学位授予单位: 湖 南 科 技 大 学 Experimental study an
2、d analysis on the Flexural Behavior of Concrete Box Girder Oriented to Double-deck TrafficType of Degree Academic Degree Discipline (Type of Professional Degree) Structure Engineering Candidate Student Number Supervisor and Professional Title Practice Mentor and Professional Title School Civil Engin
3、eering School Date April 27th , 2016 University Hunan University of Science and Technology 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家
4、有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名: 日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日 摘 要双层交通混凝土箱梁结合了混凝土箱梁结构的整体受力优势,通过合理改善普通混凝土箱形梁结构形式,使其顶、底板均成为桥面系,从而实现双层交通。本文在1:6的单箱三室双层交通混凝土箱梁模型抗弯性能全过程试验基础上,通过合理选择材料参数和单元模型,利用 ABAQUS 软件对试验箱梁进行了全过程试验模拟分析,并在此基础上进行
5、了相关参数分析,主要完成了以下几方面工作: (1)基于ABAQUS大型非线性软件,针对已有的箱梁试验成果,通过建立双层交通混凝土箱梁的数值模型,模拟其在相应荷载条件下(试验工况:上下板同时集中加载)从加载到破坏的整个过程,并将分析数据与相应的箱梁试验结果进行对比研究,试验与数值分析结果吻合良好,验证了该数值模型的可靠性和非线性分析的可行性。(2)在试验工况下,对试验箱梁模型的应变与整体变形(挠度)进行分析,研究了箱梁模型的跨中截面、开孔截面顶板混凝土压应变的分布情况,得出箱梁顶板应变分布不均匀,存在剪力滞现象;同时也对箱梁的整体变形(挠度)进行分析,得出底板加载对底板变形影响比较大。(3)通过
6、调整荷载的加载位置(工况一:荷载全部作用于箱梁顶板)来判断对箱梁模型的抗弯性能影响。通过与试验工况下的分析结果对比,得出工况一作用下的箱梁承载力比试验工况要大。 (4)在箱梁模型底板支座原来只有四个,在此基础上增加四个支座(工况二),来判断其对箱梁模型的抗弯性能影响。通过与试验工况下分析结果对比,通过在底板支座截面加四个支座的这种支座方式可以改善箱梁两端底部支座处变形程度,同时可以减小箱梁的整体变形,提高承载力。 关键词:双层交通;混凝土箱梁;极限承载力;挠度;裂缝;受弯破坏AbstractDouble layer traffic of concrete box girder combines
7、 the overall mechanical behavior advantage of concrete box beam structure , improve ordinary concrete box girder structure rational by using the roof and floor all as the bridge deck system, and designs concrete box girder bridge orienting double deck traffic , which is a single box three rooms with
8、 the upper deck designing for motorized vehicle lane and the pavement, the bottom for the public traffic of urban light rail and internal chamber of the box girder can layout of the city pipeline and cable. It poured 1:6 scale test model in laboratory based on the double deck traffic concrete box gi
9、rder bridges. This paper based on the whole process of bending property experiment of double traffic concrete box girder and use ABAQUS software to simulate the whole process test of box girder and analyse parameter, and completed the following several aspects of work:(1) Using ABAQUS, the nonlinear
10、 system, establishes a numerical model of double deck traffic concrete box girder, and analyse the load deflection curves, load -prestressed tendons stress increment curve , the mid-span section of the top and bottom of concrete strain distribution laws and the deflection laws, Which verified that u
11、sing ABAQUS software, choosing suitable element models and material constitutive relations can simulate the double layer traffic concrete box girder deformation process accurately .(2)Through analyse the strain and deformation of the box girder test model in detail, it studies the pressure strain di
12、stribution rule of the roof concrete of the mid span section and opening- hole section of the box girder model ; It also studies the roof and floor deflection distribution rule of box girder transverse section and longitudinal section. And it obtains the conclusions that with the moment for each 153
13、.8kN*m increase, concrete compressive strain increment of the same position in the top box beam is the same; After the box girder crack, concrete compressive strain increment of the same position increases suddenly; The concrete in intersection of the roof and side webs fail first.(3)Judge the effec
14、t of flexural performance on box girder model by adjusting the load position . Analysis results show that the the strain of the roof midspan section with the increasing load,and compared with the test load mode, the gap in the maximum strain of the top plate of the box beam with adjustment load is m
15、ore and more, the mechanical behavior influence of loading in bottom side beam in test is greater than loading in top side beam in adjusted loading mode. The whole deformation degree with adjusted loading mode is smaller than the test loading mode, which illustrate that thebearingcapacity of the top
16、 is better than the bbottom.(4) Judge the effect of flexural performance on box girder model by adding four supports on the box girder bottom support section. Analysis results show that through adding four supports in the floor support section, it can reduce the deformation of the box girder, improv
17、e the bearing capacity. As a whole, the deflection of the midspan section with adding four supports is smaller than the support mode in test, and the whole deformation of the box girder is greatly reduced under the same load level. The deflection value of the roof and bottom at support position is u
18、p to 0, which can improve the deformation degree of the support at both ends of the box girder.Key words: double deck traffic; concrete box girder; ultimate bearing capacity; deflection; crack; flexural failure.i 湖南科技大学硕士学位论文目 录摘 要iAbstractii第一章 绪论7 1.1课题来源与意义71.2国内外研究现状7 1.2.1 双层桥梁发展现状8 1.2.2 混凝土箱梁
19、有限元分析研究动态10 1.3课题的提出121.4研究路线及技术路线 13 1.5主要研究内容13第二章 双层交通混凝土箱梁模型抗弯性能全过程试验数值模拟152.1引言15 2.2.1试验箱梁模型的基本情况16 2.2.2试验箱梁模型加载制度与主要试验结果20 2.3有限元模型的建立24 2.3.1单元及材料的选取24 2.3.2建模过程 312.4有限元计算结果与试验结果对比分析352.4.1弯矩-挠度曲线对比35 2.4.2应变分析382.4.3变形分析422.5本章小结53 第三章 双层交通混凝土箱梁模型抗弯性能参数分析553.1概述55 3.2 荷载作用位置的不同对箱梁模型抗弯性能的影
20、响563.2.1弯矩-挠度曲线对比563.2.2应变分析573.2.3变形分析59 3.3底部支座位置的不同对箱梁模型抗弯性能的影响66 3.3.1弯矩-挠度曲线对比663.3.2应变分析67 3.3.3变形分析69 3.4本章小结76第四章 结论与展望794.1本文主要的结论794.2进一步工作展望80参考文献 83致谢85 附录A:硕士学位期间发表的论文及专利成果 87附录B:硕士学位期间参与的科研课题及技术服务项目89 湖南科技大学硕士学位第一章 绪论1.1 课题来源与意义根据普通的箱梁桥梁的特征,它的整体性能好,抗扭的刚度大,多样的施工方法,而且现在桥梁中主要应用到的这种混凝土箱梁结构
21、。通过改善混凝土箱形结构,用来构造可以实现双层交通的箱梁截面型桥梁, 这种结构通过合理改善,可以将普通的混凝土箱梁结构保证必要的净空要求,还会将常常有的横隔板给取消,可以使上顶板、下底板都成为桥面,还要同时在腹板上设置定量的孔洞,用作通风、采光和消防等一些方面。这样的双层交通混凝土箱梁结构,它的优点既能充分把箱梁的内部结构空间发挥出来,又能实现我们要求的双层交通的功能。根据以上所知,双层交通混凝土箱梁是实现我们所要达到的节约土地资源理念的理想结构形式。但是传统的箱梁能不能直接用在这种理念的箱梁新型结构上,是需要进一步进行探讨。本文结合导师国家自然科学基金资助项目(项目编号:51378202)在
22、双层交通混凝土箱梁抗弯性能试验研究的基础上,利用 ABAQUS软件对试验进行数值模拟,进一步针对影响箱梁抗弯性能的各项因素,如加载点位置不同和支座数量的增加等进行参数分析,以探讨各项因素对此类箱梁抗弯性能的影响,为此类箱梁的工程实践和推广提供理论分析依据。 1.2国内外研究现状根据本文将要进行研究的主要内容以及所使用的研究方法,针对双层交通混凝土箱梁模型构件,分别从双层桥梁的发展现状、混凝土箱梁有限元分析研究动态两个方面进行文献阐述。1.2.1 双层桥梁发展现状世界经济的飞速发展给城市交通带来了巨大压力,交通拥堵已成为城市里司空见惯的现象,城市中建成的跨江跨河桥梁已不能满足现有的交通流量,部分
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