损伤钢筋混凝土板抗力变化的数值分析研究

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针对水闸安全鉴定中所遇到的重要问题之一——结构安全评估,根据水闸结构类型,重点研究了结构的力学特点,本论文提出了使用板构件来替代目前国内常用的梁构件来对结构的安全进行评估的重要观点,重点研究了水闸在使用过程中由于环境、材料、外部荷载等方面因素导致的多种结构损伤,对结构损伤随时间等因素的相关性进行了初步的数理统计,得到了部分规律,并以此为基础对偏心受压状态下板构件所能够承担的最大承载力进行了数值分析的理论探索和仿真模拟研究,初步得到了板抗力变化的变化规律。本文所做的主要工作及取得的主要结果如下。1.根据有限单元法基本原理,建立了考虑钢筋与混凝土粘结滑移力变化的分离式模型,得出理论上混凝土拉应力释放与计算时混凝土拉应力释放的关系,并推荐采用极小比例配筋率的方法来提高计算的收敛性。2.阐述了材料非线性方程组求解时的方法,结合本文研究对象选择了合适的求解方法,并对方程求解的收敛标准,根据经验提出了采用二维力和位移范数进行双重控制,收敛容差小于5%的求解设置方案。3.针对钢筋锈蚀对钢筋与混凝土之间粘结滑移力的关系的改变,开展了相关试验,并对试验数据进行了统计分析,为数值分析中粘结滑移力关系(P-S曲线)的选用提供重要的试验依据。4.针对板混凝土强度随时间改变的特性,重点依据黄河中下游水闸现场安全检测结果,设计了板构件抗力试验中所需要模拟的混凝土强度变化范围及等级,给出了混凝土配比。5.依据钢筋锈蚀及混凝土强度变化两个因素,根据水闸结构特点及重点构件,设计了板构件的试验方案,按照几何模型1:3比例设计制作试验模型,并对试验的物理特性对应的进行了改变,研究了板构件的配筋方法及钢筋锈蚀方案,浇筑了12组共24块板构件并进行养护,为抗力的试验研究奠定了重要基础。6.依据试验方案,基于通用有限元程序ANSYS11.0平台,根据工程中的典型偏心距,开展了钢筋混凝土板偏心受压状态下受力全过程的非线性有限元数值仿真模拟分析,得到了板极限承载力与钢筋锈蚀率、混凝土强度变化的数值关系。本研究及结论,对于“基于缺陷的偏心受压板极限承载能力计算方法初步研究(中央公益性科研院所青年科研基金,HKY-2008-16)”的进一步深入研究具有重要作用和意义。
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