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近年来,随着交通事业的快速发展,我国迫切需要建设大量的桥梁工程。与其他类型桥梁相比,预应力混凝土桥梁拥有众多显著优点,广泛受到工程界的青睐,是桥梁建设中具竞争力的桥型。
预应力混凝土桥梁施工多数采用分段法,尤其以悬臂施工法为主,桥梁不是一次落架建成。因此,为了确保桥梁成桥状态的线形和受力状态符合设计要求,必须对桥梁进行有效的施工监控,而施工仿真分析是施工监控最重要的组成部分。但目前桥梁施工过程仿真分析多数采用杆系有限元法,具有一定的局限性。
为了解决上述问题,本文基于现有的施工过程仿真分析理论基础,探讨了以块体有限元法进行预应力混凝土桥梁施工过程仿真分析的方法,并基于通用有限元程序Strand7平台编制了预应力混凝土桥梁施工过程仿真分析的程序,实现了采用块体单元进行桥梁施工过程的仿真分析工作。全文的工作内容主要包括以下三个部分:
第一部分从理论分析的角度详细研究了预应力混凝土桥梁施工过程仿真分析所涉及的相关内容,包括分段施工模拟分析、混凝土收缩徐变效应分析以及预应力作用与损失分析等。该部分为编制基于块体有限元法的预应力混凝土桥梁施工过程仿真分析程序提供了理论基础。
第二部分基于通用有限元程序Strand7平台,编制了专门的预应力混凝土桥梁施工过程仿真分析程序PCB-SOFT,实现了预应力混凝土桥梁施工过程的块体有限元法仿真分析。
第三部分以东莞南岸三桥为工程背景,给出专业桥梁施工过程仿真分析软件3D.BSA的分析结果、本文所编制程序PCB-SOFT的分析结果以及现场实测结果,并对结果进行了对比分析,验证了本文理论和计算程序的正确性。
论文的主要创新点:(1)在理论上,基于单轴应力下考虑收缩徐变效应的混凝土应力应变关系和现有试验成果,推导出多轴应力下考虑收缩徐变效应的混凝土应力应变关系,并给出了相应的徐变等效荷载;(2)在实现手段上,基于通用有限元程序Strand7及其API函数,结合Delphi6.0语言,开发了以块体单元进行预应力混凝土桥梁施工过程仿真分析的程序。