体外预应力钢-混凝土组合梁动力特性研究

作     者：梁东 

作者单位：吉林建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟春玲

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：组合梁 体外预应力 剪切滑移 自振频率 有限元 

摘      要：钢-混凝土组合梁具有整体性强、施工方便以及可以充分发挥混凝土和钢材的材料特性等优点,被广泛应用于实际工程当中,但同时也存在一些局限性。譬如对于跨度大、荷载重的结构,普通组合梁往往出现刚度不足的现象;钢-混凝土连续组合梁,在混凝土受拉开裂退出工作后,中间支座处的负弯矩仅由钢梁承担等问题,为了有效地延缓和抑制混凝土板的开裂,对钢-混凝土组合梁施加体外预应力不失为是一个高效的方法。体外预应力钢-混凝土组合梁有提高结构的极限承载力、减小变形以及有效地控制裂缝等诸多优点,具有广阔的应用前景和研究价值。目前,针对体外预应力钢-混凝土组合梁的静力研究已趋于饱和,而动力特性研究略显不足,且在预应力参数对自振频率影响规律方面的研究成果尚未形成统一定论,甚至有些研究结论截然相反,因此,有必要针对体外预应力钢-混凝土组合梁的动力特性开展进一步研究。为了探索体外预应力参数对自振频率的影响规律,基于结构振动基本原理和哈密尔顿原理,以偏心直线布筋的体外预应力简支梁为研究对象,给出其振动微分方程和自振频率解析表达式。随后采用有限元分析软件ANSYS建立相应的有限元计算模型,并通过模态分析得到其自振频率和振型,以验证理论计算公式的正确性。最后采用推导出的自振频率解析表达式分析不同偏心距和配筋率情况下的自振频率,以揭示预应力参数对简支梁自振频率的影响规律。在偏心直线体外预应力简支梁动力特性研究的基础上,以体外预应力钢-混凝土组合梁为研究对象,在考虑组合梁交界面处剪切滑移效应的情况下,基于哈密尔顿原理推导出体外预应力钢-混凝土组合梁的振动微分方程,并给出了体外预应力钢-混凝土组合梁的自振频率解析表达式。通过ANSYS有限元仿真模拟验证了体外预应力钢-混凝土组合梁自振频率计算公式的可靠性,随后采用该自振频率计算公式进一步分析体外预应力参数对钢-混凝土组合梁自振频率的影响规律。通过以上研究,得出了体外预应力钢-混凝土组合梁自振频率的解析表达式,并揭示了外预应力参数对自振频率的影响规律,为体外预应力钢-混凝土组合梁的自振频率计算提供了新的计算方法,有利于实际工程预防因共振现象引起的结构破坏,对实际工程具有理论指导意义。