受损伤预应力钢筋混凝土箱梁抗弯性能数值模拟

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预应力钢筋混凝土箱梁凭借重量轻、抗扭性能好等优异特性被广泛应用于桥梁工程。在桥梁服役过程中,钢筋锈蚀、混凝土碳化、混凝土截面缺损以及预应力孔道压浆不密实等损伤均会缩短预应力钢筋混凝土箱梁的使用寿命。由于试验条件限制,本文利用ANSYS软件建立预应力钢筋混凝土箱梁三维有限元模型,模拟分析钢筋锈蚀、混凝土碳化、箱梁混凝土截面缺损以及预应力孔道压浆不密实等损伤影响下预应力钢筋混凝土箱梁抗弯性能的劣化规律。考虑疲劳荷载的影响,建立预应力钢筋混凝土箱梁力学性能参数与钢筋锈蚀率、疲劳荷载加载频次的关系。主要研究内容包括:(1)预应力钢筋混凝土箱梁有限元模型的建立及模型正确性验证。采用降温法模拟预应力施加;选取弹簧单元连接混凝土单元与钢筋单元,以模拟钢筋与混凝土之间粘结滑移。利用经验公式计算箱梁承载力,验证预应力钢筋混凝土箱梁有限元模型的正确性。(2)钢筋锈蚀影响下预应力钢筋混凝土箱梁抗弯性能数值模拟。完成钢筋锈蚀不同程度预应力钢筋混凝土箱梁抗弯性能数值计算,分析钢筋锈蚀率对箱梁跨中荷载-位移曲线、跨中混凝土荷载-应变曲线、钢筋荷载-滑移曲线以及钢筋应变的影响规律。(3)混凝土碳化影响下预应力钢筋混凝土箱梁抗弯性能数值模拟。通过施加温度场模拟混凝土碳化,分析混凝土碳化深度对预应力钢筋混凝土箱梁跨中荷载-位移曲线、预应力钢筋应力分布、跨中混凝土应力以及箱梁整体应力分布的影响规律。(4)混凝土截面缺损影响下预应力钢筋混凝土箱梁抗弯性能数值模拟。利用生死单元技术建立混凝土截面缺损的箱梁模型,探究混凝土截面缺损率与预应力钢筋混凝土箱梁极限承载力、跨中荷载-位移曲线、箱梁跨中最低点应力及受压区面积的关系。(5)压浆缺陷影响下预应力钢筋混凝土箱梁抗弯性能数值模拟。考虑压浆缺陷位置、压浆缺陷长度的影响,探究箱梁跨中荷载位移曲线、箱梁截面混凝土压应变、受压区高度以及箱梁极限强度的变化规律。(6)疲劳荷载作用下受损伤预应力钢筋混凝土箱梁抗弯性能数值模拟及疲劳寿命预测。完成了疲劳荷载作用下不同锈蚀程度预应力钢筋混凝土箱梁抗弯性能数值计算,分析了箱梁跨中混凝土应变、钢绞线应变、跨中挠度、屈服荷载以及开裂荷载等随钢筋锈蚀率、疲劳荷载频次的变化规律;并运用Miner疲劳累积损伤理论及弹塑性假设,预测箱梁疲劳寿命。
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