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荷叶形钢筋混凝土拱壳结构受力性能研究

作 者: 张子剑
导 师: 尹新生
学 校: 吉林建筑工程学院
专 业: 结构工程
关键词: 拱壳结构 受力性能 极限分析 有限元
分类号: TU375
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 11次
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内容摘要


在现代城市建筑结构发展过程中,混凝土薄壳结构发挥着相当重要的作用,包括相当多的体育场馆、博物馆、一些礼堂等的建设上,它们都会选择混凝土薄壳结构形式。这是由于这种结构有很多的优点,混凝土薄壳结构工程造价较低,屋面自重轻,造型美观,而且节约材料。这种结构的受力性能很好,整个结构所受弯矩很小,基本是轴力作用,由于混凝土是受压性能很好的材料,因此这种结构形式的合理性就不言而喻了。本课题主要运用弹塑性理论和有限元分析相结合的方法,针对荷叶形钢筋混凝土拱壳结构进行受力性能研究。运用弹塑性力学,有限元等相关理论知识,建立拱壳平衡方程、位移函数等,从而分析结构的受力性能。并且结合钢筋混凝土拱壳结构在实际工程中的应用,从极限分析和薄壳力学的基本理论出发,推导出钢筋混凝土拱壳结构的屈服准则,并利用机动法推导出在竖向均布荷载作用下,拱壳结构极限荷载上限解的表达式。通过虚功原理及屈服线理论,对拱壳结构的极限承载力进行分析,找到便于实际工程计算及应用的承载力计算公式。根据这些现象与结果,利用已有的通用有限元分析程序ANSYS软件,考虑几何和材料非线性包括加载行为,模拟使用阶段从加载至极限荷载情况下钢筋混凝土拱壳结构的受力性能。通过有限元软件ANSYS建立实体模型,模拟其受力形态与理论分析进行对比,并找到影响结构受力性能的因素,拱壳厚度、矢跨比、材料强度等。最终得出了拱壳结构受力性能合理、刚度较大等结论。对进一步完善我国钢筋混凝土薄壳结构设计具有重要的参考价值。最后,对全文进行总结并提出一些研究中的不足及对以后工作的展望。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 壳体结构定义  10
  1.2 壳体结构形式  10-11
  1.3 壳体结构的发展与应用  11-14
  1.4 课题来源  14-15
  1.5 课题研究意义及主要工作  15-17
    1.5.1 目的和意义  15
    1.5.2 主要研究内容  15-17
第2章 薄壳弹性理论与分析  17-31
  2.1 薄壳力学特征  17-19
    2.1.1 承载能力优越  17-18
    2.1.2 空间刚度大  18
    2.1.3 屋面承重合一  18-19
  2.2 弹性薄壳的一般性理论  19-27
    2.2.1 壳体理论基本假定  19-22
    2.2.2 薄壳基本方程  22-27
  2.3 拱壳  27-30
    2.3.1 拱壳基本方程  27-29
    2.3.2 拱壳力学分析  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 壳体塑性极限分析  31-45
  3.1 极限分析方法简介  31-33
  3.2 基本假设与极值定理  33-35
  3.3 极限分析基本原理  35-36
  3.4 极限承载力公式推导  36-44
    3.4.1 工程简介  36-37
    3.4.2 基本假定  37
    3.4.3 破坏准则  37-39
    3.4.4 拱壳单元极限轴力  39-40
    3.4.5 建立虚功方程  40-41
    3.4.6 极限荷载求解  41-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章 拱壳结构非线性分析  45-73
  4.1 壳体结构有限元理论与发展  45-53
    4.1.1 平板壳单元  47-49
    4.1.2 退化壳元  49-52
    4.1.3 多变量壳元  52-53
  4.2 有限元软件ANSYS程序分析特点  53-54
  4.3 有限元模型建立  54-57
    4.3.1 基本假定  54-55
    4.3.2 加载控制与计算方法  55
    4.3.3 收敛准则与极限承载力判断  55-56
    4.3.4 单元模型选取  56-57
  4.4 本构关系模型  57-63
    4.4.1 混凝土本构关系模型分类  57-59
    4.4.2 混凝土本构关系模型选取  59-61
    4.4.3 单元参数的确定  61-62
    4.4.4 模型建立步骤  62-63
  4.5 拱壳结构计算结果分析  63-72
    4.5.1 ANSYS非线性计算  63-64
    4.5.2 计算结果分析  64-69
    4.5.3 结构承载力影响因素  69-72
  4.6 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-79
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  79-82
致谢  82

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构
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