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PC小箱梁桥预应力设计方法研究及非线性仿真分析
| 论文题名： | PC小箱梁桥预应力设计方法研究及非线性仿真分析 |
| 关键词： | 预应力混凝土小箱梁桥;预应力设计;渐进结构优化算法;非线性仿真;受力性能 |
| 摘要： | 预应力混凝土小箱梁桥受力性能良好，可进行工厂化加工，施工方便，在实际工程中被广泛应用。但是，桥梁运营过程中经常发生梁体开裂及跨中下挠等病害。而预应力对减少病害并提高结构耐久性具有重要作用，若预应力设计合理，可以提高混凝土构件的抗裂性能，继而提高混凝土构件的跨度。过去常使用人工调束方法对预应力进行优化设计，该方法较繁琐。本文基于渐进结构优化算法提出一种实用的预应力混凝土小箱梁纵向预应力优化设计方法，并对优化设计后的预应力混凝土小箱梁各方面的性能进行了研究。论文包括以下主要内容： （1）首先，文章对预应力混凝土箱梁预应力设计参数进行了分析与讨论，通过调整不同位置的预应力钢束数量后，箱梁各截面应力变化情况，得出各预应力钢束对箱梁预加应力的影响程度，利用控制变量法对预应力钢束数量及编束根数进行了调整，以此模拟了一种人工调束的基本过程，对两种调整方式进行了综合对比分析，总结了人工调束的可用性以及目前存在的问题。 （2）然后，提出预应力优化设计方法，先从优化的约束条件、优化准则及优化方法几个方面，介绍了本文进行预应力混凝土小箱梁桥纵向预应力优化设计的理论依据。然后从整体上阐述了纵向预应力优化方法的程序与原则，借助渐进结构优化算法，使用ANSYS有限元软件法对预应力混凝土小箱梁桥进行了平面及空间实体建模，并求解出了两种模型的最优拓扑解，根据最优拓扑解建立了组合结构力学模型，并验证了力学模型的可行性，根据力学模型对箱梁的纵向预应力钢束进行了优化设计，并与传统设计进行了对比分析，证实了优化设计方法的可行性、实用性和在受力方面的优势。 （3）最后，文章通过典型算例，使用ANSYS有限元软件，对优化设计的预应力混凝土小箱梁桥进行了非线性仿真分析，模拟了箱梁从加载到出现裂缝，再到完全失去承载能力的破坏全过程，分析了优化设计后的预应力混凝土小箱梁桥在正常使用状态下的各种性能，以及箱梁从出现裂缝开始直至完全破坏时的各材料的应力情况，验证了优化设计方法的可靠性。 总之，本文在探讨了当前预应力混凝土小箱梁桥常见预应力设计方法的基础上，提出基于渐进结构优化算法的预应力优化设计方法，用于完成预应力混凝土小箱梁的纵向预应力优化设计，并结合预应力混凝土小箱梁桥的非线性有限元仿真，分析讨论了其在优化新设计下的受力性能，为日后预应力混凝土小箱梁桥的工程设计提供参考。 |
| 作者： | 刘学虎 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张鹄志;孙昱 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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