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基于ANSYS二次开发的PC箱梁徐变效应分析

作　者: 翁运新
导　师: 胡狄
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 预应力混凝土箱梁徐变剪力滞松弛 ANSYS二次开发摩阻损失
分类号: U448.35;U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

对于预应力混凝土(PC)箱梁,混凝土徐变将引起截面内钢筋和混凝土间发生应力重分布并引起梁体变形随时间而变化,而剪力滞将导致同一截面内横向应力分布不均匀及梁体的附加变形。但目前设计中,进行PC箱梁结构分析时大都采用基于杆系理论的有限元法,不能考虑剪力滞影响。因此,基于功能强大的ANSYS软件,进行二次开发,以实现在ANSYS上进行PC箱梁的徐变效应分析,具有着重要的现实意义。本文在总结混凝土徐变特性描述方法和计算理论及箱梁剪力滞效应分析方法基础上,进行ANSYS二次开发,以实现在ANSYS上进行考虑混凝土徐变、预应力筋应力松弛、配筋特征、预应力筋正反摩阻损失、剪力滞等因素影响的PC箱梁徐变效应分析。首先利用ANSYS UPFs二次开发工具,结合FORTRAN程序设计语言,依据国内外各规范提供的混凝土徐变特性表达式,对ANSYS提供的用户徐变子程序USERCR.F进行了修改,此是在ANSYS上进行PC箱梁徐变效应分析的基础。其次,进行初应变计算时,考虑了预应力筋张拉时的正摩阻影响和锚固瞬间钢筋回缩时的反摩阻影响,且在预应力筋中通过引入类同徐变处理方法进行时变应力松弛的计算,由此实现了运用ANSYS进行PC箱梁徐变效应分析过程中可全面考虑各项预应力损失的影响。最后,利用ANSYS UIDL二次开发工具,编制了PC箱梁徐变效应分析计算模块,可进行考虑混凝土徐变、预应力筋应力损失、剪力滞、配筋等影响的PC箱梁徐变效应分析,可方便计算任意时刻任意位置混凝土和钢筋的应力、梁体变形。运用二次开发后的ANSYS,对PC简支箱梁和PC连续箱梁进行徐变效应分析,并将计算结果与不能考虑剪力滞影响的杆系有限元计算结果进行对比。对比分析表明,本文基于二次开发的ANSYS进行PC箱梁徐变效应分析是可行的,计算结果可靠,可应用于实际工程的计算。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题的提出与研究意义  9-10
  1.2 PC箱梁徐变效应研究现状  10-14
    1.2.1 收缩徐变效应  10-12
    1.2.2 剪力滞效应  12-14
  1.3 本文主要研究内容及创新点  14-16
    1.3.1 研究内容  14
    1.3.2 本文创新点  14-16
第二章 ANSYS二次开发技术及混凝土徐变计算理论  16-31
  2.1 ANSYS二次开发技术  16-18
    2.1.1 参数化程序设计语言(APDL)  16-17
    2.1.2 用户界面设计语言(UIDL)  17
    2.1.3 用户程序特性(UPFs)  17-18
  2.2 混凝土徐变概述  18-19
  2.3 混凝土徐变特性的描述方法  19-26
    2.3.1 徐变度  19-20
    2.3.2 徐变系数  20-26
    2.3.3 徐变函数  26
  2.4 PC箱梁徐变的计算分析方法  26-30
    2.4.1 Dishinger法和扩展Dishinger法  27
    2.4.2 按龄期调整的有效模量法(AEMM法)  27-29
    2.4.3 中值系数法  29
    2.4.4 逐步计算法(SSM法)  29
    2.4.5 积分退化核方法  29-30
    2.4.6 全量形式自动递进法  30
  2.5 本章总结  30-31
第三章 PC箱梁徐变效应分析在ANSYS中的实现  31-55
  3.1 混凝土徐变与金属蠕变的比较  31-32
  3.2 在ANSYS中实现混凝土徐变计算  32-42
    3.2.1 徐变系数的参数化拟合  32-35
    3.2.2 有限元单元类型的选择  35-36
    3.2.3 ANSYS中混凝土徐变的计算方法  36-38
    3.2.4 ANSYS UPFs二次开发的编译途径  38-39
    3.2.5 ANSYS显式徐变子程序USERCR.F的修改过程  39-42
  3.3 ANSYS中预应力钢筋的预应力损失计算  42-47
    3.3.1 ANSYS中预应力效应的模拟  42-43
    3.3.2 考虑反摩阻的后张法PC箱梁锚固损失计算  43-46
    3.3.3 预应力筋时变应力松弛计算方法  46-47
  3.4 PC箱梁徐变效应分析计算模块  47-54
    3.4.1 UIDL程序结构  47-50
    3.4.2 UIDL二次开发过程  50-54
  3.5 本章总结  54-55
第四章 PC简支箱梁算例与分析  55-76
  4.1 模型基本信息  55-56
  4.2 加载时刻摩阻影响、弹性变形及剪力滞效应分析  56-60
    4.2.1 摩阻影响分析  56-57
    4.2.2 梁体弹性变形分析  57-58
    4.2.3 剪力滞效应分析  58-60
  4.3 PC简支箱梁徐变效应分析  60-74
    4.3.1 混凝土徐变系数和预应力筋应力松弛系数  60-61
    4.3.2 梁体长期变形分析  61-64
    4.3.3 混凝土和预应力筋时变应力分析  64-69
    4.3.4 考虑徐变影响的剪力滞效应分析  69-74
  4.4 本章总结  74-76
第五章 PC连续箱梁算例与分析  76-90
  5.1 模型基本信息  76-77
  5.2 加载时刻弹性变形及剪力滞效应分析  77-79
    5.2.1 梁体弹性变形分析  77-78
    5.2.2 剪力滞效应分析  78-79
  5.3 PC连续箱梁徐变效应分析  79-89
    5.3.1 混凝土徐变系数  79
    5.3.2 梁体长期变形分析  79-82
    5.3.3 混凝土和预应力筋时变应力分析  82-84
    5.3.4 考虑徐变影响的剪力滞效应分析  84-89
  5.4 本章总结  89-90
第六章结论与展望  90-92
  6.1 本文的主要工作及结论  90
  6.2 研究的不足及今后的工作方向  90-92
参考文献  92-97
致谢  97-98
攻读硕士学位期间论文发表及参与科研情况  98

基于ANSYS二次开发的PC箱梁徐变效应分析

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