无粘结预应力砼简支梁动力试验和有限元分析

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自二十世纪八十年代开始,体内无粘结预应力技术在土木工程中得到了广泛的应用。在无粘结预应力混凝土结构的静力性能及设计计算上,国内外学者展开了广泛的研究工作并取得了大量的研究成果,许多成果已用于指导工程实践。随着结构工程学科的发展,结构的动力分析与数值模拟已成为工程结构健康检测与监控中的必须。为此,本文将对无粘结预应力混凝土简支梁进行动力有限元分析。论文对有限元中混凝土的应力-应变关系、钢筋的应力-应变关系等相关理论知识进行了归纳;对预应力钢筋混凝土结构有限元分析过程中的关键技术问题,包括单元模型的选择、体内无粘结预应力筋的耦合以及预应力的模拟等进行了探讨和说明。课题组进行了3根体内无粘结预应力混凝土简支梁的动力实验。通过实测预应力混凝土梁在不同预应力情况下的自振频率,对预应力混凝土梁的动力性能及特殊性进行了分析和总结。试验结果表明:在一定的范围内,梁的频率随着预应力值的增大也增大;预应力超过某一定值之后,梁的频率随着预应力值的增大而减小,总体上来说,梁的前二阶频率呈上升趋势。在通用有限元分析程序ANSYS中,对试验预应力简支梁的动力性能进行了建模分析。在建模过程中,针对混凝土材料的特殊性,考虑混凝土的材料非线性及各向异性,选取多种相关的本构关系模型,进行了试验梁的频率计算。计算结果表明:钢筋混凝土预应力简支梁的频率受预应力大小影响,按传统的钢筋混凝土本构关系的计算值和预应力简支梁试验结果存在误差,且变化趋势上亦是相反的,因此,建立新的满足预应力混凝土结构动力分析的本构关系已显得十分重要。
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