空心矩形截面桥墩承载力分析

空心矩形截面桥墩承载力分析(任务书,开题报告,外文翻译,论文说明书22000字)
摘要
伴随现代经济的高速发展，我国的公路建设和交通事业也得到迅猛发展，山区道路的修建项目越来越多，为跨越山区复杂多变的地形，大跨径高墩经常被采用。而空心矩形截面桥墩由于截面面积小，自重小，结构刚度和强度较好的特点，被广泛用于高墩中。研究空心矩形截面桥墩的承载力，对大跨径高墩的截面设计具有重要的意义。
空心矩形截面桥墩是墩身为空腔体的桥墩，是实心墩向轻型化变化的一种桥墩形式。本文在大量阅读国内外资料的基础上，研究了空心矩形截面桥墩在单轴压弯作用下中和轴位置不同的条件下，承载力的计算公式和曲率计算公式。然后以一具体工程实际桥墩为例采用OpenSees软件建立空心矩形截面桥墩模型，对单轴压弯和双轴压弯作用下的弯矩与轴力关系和弯矩曲率的关系进行了研究，得出了其轴力-弯矩曲线，并对单轴压弯作用下的桥墩承载力的可能的影响因素进行了分析。
研究表明，在单轴压弯作用下，空心矩形截面桥墩的弯矩在大偏心阶段随着轴力的增大而增大，在小偏心阶段随着轴力的增大而减小；提高桥墩的纵向钢筋配筋率可以整体提高桥墩的承载力，提高混凝土强度等级可以提高桥墩的正截面抗压承载力，对于桥墩而言，不考虑箍筋约束得到的承载力趋于保守；在双轴压弯作用下，空心矩形截面桥墩的弯矩轴力关系为一个空间三维屈服曲面，此曲面表明，进行桥墩设计时需要考虑双轴压弯作用下的弯矩耦合效应。
关键词：桥墩；空心矩形截面；单轴压弯；双轴压弯；承载力
 
Abstract
Along with the rapid development of the modern economy, China's highway construction and transportation industry has also developed rapidly. More and more construction projects in mountainous roadshaveappeared. For the reconstruction of varied terrains across mountainous areas, large-span high piers are often used. The hollow rectangular section piers are widely used in high piers due to their small cross-sectional area, small self-weight, and good structural rigidity and strength. So,studying the bearing capacity of hollow rectangular section piers is of great significance for the section design of long span high piers.
The hollow rectangular section bridge pier is a pier with a pier body as a hollow body, which is a structural form of solid pier to lighter development. Based on extensive literature review at home and abroad, this paper has deduced the calculation formula of bearing capacity and curvatureof hollow rectangular section piers under different uniaxial bending conditions. Next,OpenSees software is used to establish a hollow rectangular section pier model based on using a specific engineering actual pier as an exampleto study the relationship between bending moment and axial force and bending moment curvature under uniaxial bending and biaxial bending to get the axial force-moment curve, and then the possible influencing factors of the bearing capacity of the pier under uniaxial bending are analyzed.
The research shows that under the action of uniaxial bending, the bending moment of hollow rectangular section piers increases with the increase of axial force in the large eccentric phase, while decreases with the increase of axial force in the small eccentric phase. The longitudinal steel bar reinforcement ratio can overall improve the bearing capacity of the pier, and increasing the concrete strength grade can improve the normal section compressive bearing capacity of the pier. For the pier, the bearing capacity obtained without considering the stirrup constraint tends to be conservative; Under the action of axial compression, the bending moment force relationship of the hollow rectangular section pier is a spatial three-dimensional yield surface. This surface shows that the coupling effect of the bending moment under the biaxial bending action needs to be considered when designing the pier.
Key Words：pier; hollow rectangle section; uniaxial bending; biaxial bending; the bearing capacity
 
研究内容
第一章：绪论。主要结合相关文献介绍此课题研究的背景和国内外当前的研究现状，为后续研究提供思路和理论技术支持，并提出本文的研究课题和研究目的，所使用的软件、研究方法和技术路线。
第二章：介绍了钢筋混凝土矩形空心截面桥墩的基本概念和实际应用，结合相关文献资料，对单轴压弯作用下的空心矩形截面的承载力计算理论进行详细介绍，对相关公式进行推导，得出弯矩与轴力之间的关系和弯矩与曲率之间的关系，从理论角度分析影响因素，作为后续研究的理论基础。
第三章：简要介绍有限元分析软件OpenSees，并利用软件对文献中的空心矩形截面桥墩试件进行建模分析，施加单轴压弯荷载，输出模型的弯矩、轴力、位移和曲率等数据，处理软件分析数据，绘制出弯矩与轴力图和弯矩-曲率图，并且将软件分析得到的数据和文献得到的试验结果进行对比研究，验证建模方法的可行性和准确性。
第四章：利用有限元分析软件OpenSees对长虫沟大桥一空心矩形截面桥墩进行建模分析，得到该桥墩在轴心受压作用下所能承受的最大轴力，逐级减少轴力，施加弯矩直至桥墩失效，得到对应的截面弯矩值，绘制轴力-弯矩图。同时对轴力-弯矩图可能的影响因素做出讨论研究，得到一定结论。
第五章：介绍双轴压弯的理论推导，研究双轴压弯下的桥墩承载力，并结合已经建立的长虫沟空心矩形截面桥墩模型进行有限元数值分析，绘制在双轴向压弯作用下的 相互作用屈服面，分析绘制的图像，对比单轴压弯的研究成果，得到一定的结论。
第六章：结论与展望。整理本文研究的成果，对单轴压弯和双轴压弯下的空心矩形截面桥墩的承载力研究方法做出总结，分析研究中的各种参数对桥墩承载力的影响，对比单轴压弯和双轴压弯的研究成果，得到具有实际工程应用价值的研究方案，给今后空心矩形截面桥墩的研究提供一定的参考

目录
第1章绪论    1
1.1 研究目的    1
1.2 国内外研究现状    1
1.3 研究内容    2
1.4 本章小结    3
第2章空心矩形截面承载力的理论分析    5
2.1 弯矩与轴力的关系    5
2.1.1 基本假定    5
2.1.2 理论公式推导    5
2.2 单轴压弯作用下的桥墩变形分析    7
2.3 本章小结    9
第3章 RC矩形空心截面试件有限元分析    10
3.1 OpenSees简介    10
3.2 桥墩试件的有限元分析    10
3.2.1 试件设计资料    10
3.2.2 试件的有限元模拟    11
3.2.3 试件的有限元分析    12
3.3 试验数据对比分析    13
3.4 本章小结    14
第4章单轴压弯下的桥墩工程实例分析    15
4.1 桥墩设计资料    15
4.2 空心矩形截面桥墩的有限元分析    15
4.3 结果分析    19
4.3.1 求解竖向最大轴压力    19
4.3.2 单轴压弯下的P-M曲线    20
4.4 P-M曲线影响因素分析    23
4.4.1 纵向钢筋配筋率    23
4.4.2 混凝土强度等级    25
4.4.3 箍筋的约束作用    27
4.5 本章小结    34
第5章双轴压弯下的桥墩承载力研究    35
5.1 理论关系推导    35
5.1.1 P、Mx和My相互关系推导    35
5.1.2 双轴压弯作用下弯矩与截面变形之间的关系    37
5.2 基于OpenSees的双轴压弯作用下桥墩承载力实例分析    37
5.2.1 轴力P与弯矩Mx之间的关系    37
5.2.2 不同轴压力下的My-Mx关系    39
5.2.3 P-Mx-My的三维屈服曲面    42
5.3 双轴压弯下的弯矩-曲率关系    44
5.3.1 模型建立    44
5.3.2 结果分析    45
5.3.3 不同夹角下的弯矩-曲率图    46
5.4 本章小结    47
第6章结论与展望    48
6.1 结论    48
6.2 展望以及需要改进之处    48
参考文献    50
致谢    51