鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型試驗與優(yōu)化設(shè)計

內(nèi)容概要

　　《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型試驗與優(yōu)化設(shè)計》介紹了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗理論及優(yōu)化設(shè)計研究科研成果。通過鋼筋混凝土梁裂縫分布及發(fā)展規(guī)律的全面測試分析，明確了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度驗算對象及內(nèi)涵，在現(xiàn)有裂縫寬度計算方法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建開裂截面不同位置處裂縫寬度及裂縫發(fā)展高度的計算方法，提出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗抗裂度、裂縫寬度相似關(guān)系計算公式。介紹了南水北調(diào)中線工程鋼筋混凝土多縱梁渡槽仿真模型試驗的關(guān)鍵技術(shù)、試驗成果及反演至原型的分析方法，提出以混凝土名義拉應(yīng)力控制裂縫寬度進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法，介紹了渡槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程及成果?！朵摻罨炷两Y(jié)構(gòu)模型試驗與優(yōu)化設(shè)計》可供土木水利工程等領(lǐng)域的科技人員進行相關(guān)研究與設(shè)計工作參考，也可作為相關(guān)專業(yè)研究生的學(xué)習(xí)用書。

作者簡介

　　趙順波，博士，教授，博士生導(dǎo)師，國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，河南省高校特聘教授，河南省優(yōu)秀專家，河南省高校教學(xué)名師?，F(xiàn)任華北水利水電學(xué)院土木與交通學(xué)院院長、河南省重點學(xué)科——水利工程學(xué)科帶頭人，河南省重點學(xué)科水工結(jié)構(gòu)與材料工程開放實驗室主任，兼任中國土木工程學(xué)會——混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土分學(xué)會——纖維混凝土專業(yè)委員會委員、中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會混凝土結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會委員，河南省土木建筑學(xué)會常務(wù)理事等職，主要從事現(xiàn)代混凝土材料與結(jié)構(gòu)基本理論、混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗與結(jié)構(gòu)靜動力分析、纖維水泥基復(fù)合材料等方面的研究，主持完成20余項國家和省部級科技項目，參加多項國家級和省級重點工程建設(shè)項目的技術(shù)咨詢工作。發(fā)表論文180余篇，出版專著《混凝土疊合結(jié)構(gòu)設(shè)計原理與應(yīng)用》(中國水利水電出版社，2001)、《環(huán)形高效預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)與工程應(yīng)用》(科學(xué)出版社，2008)和《離心成型鋼纖維混凝土與工程應(yīng)用》(科學(xué)出版社，2009)，主編教材4部，參編國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3部，研究成果獲國家科技進步二等獎1項，省部級科技進步特等獎1項，一等獎1項、二等獎3項、三等獎8項，中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會歐威姆預(yù)應(yīng)力技術(shù)工程設(shè)計一等獎1項、三等獎1項。
　　管俊峰，博士，博士后，講師。主要從事水工混凝土材料與結(jié)構(gòu)基本理論，混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等方面的研究，參加完成多項國家和省部級科技項目，發(fā)表論文20余篇。
　　李曉克，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，河南省優(yōu)秀青年骨干教師，河南省優(yōu)秀青年科技專家，鄭州市優(yōu)秀青年科技專家。現(xiàn)任華北水利水電學(xué)院土木與交通學(xué)院副院長，兼任中國土木工程學(xué)會——混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土分學(xué)會——纖維混凝土專業(yè)委員會委員、河南省土木建筑學(xué)會橋梁與結(jié)構(gòu)委員會委員等職。主要從事現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土材料與結(jié)構(gòu)基本理論，混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗與結(jié)構(gòu)靜動力分析等方面的研究，主持完成10余項國家和省部級科技項目，參加多項國家級和省級重點工程建設(shè)項目的技術(shù)咨詢工作。發(fā)表論文50余篇，出版專著《環(huán)形高效預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)與工程應(yīng)用》(科學(xué)出版社，2008)，主編教材P部。研究成果獲省部級科技進步二等獎1項、三等獎3項，中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會歐威姆預(yù)應(yīng)力技術(shù)工程設(shè)計一等獎1項、三等獎1項。

書籍目錄

前言
第1章 緒論
　1.1 概述
　1.2 結(jié)構(gòu)仿真模型試驗的基本概念及作用
　1.3 混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
　　1.3.1 混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型國內(nèi)研究現(xiàn)狀
　　1.3.2 混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型國外研究現(xiàn)狀
　1.4 混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗的理論基礎(chǔ)
　　1.4.1 相似的基本概念
　　1.4.2 相似原理與量綱分析
　　1.4.3 結(jié)構(gòu)靜力相似模型設(shè)計
　　1.4.4 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型的相似要求
　參考文獻
第2章 鋼筋混凝土梁裂縫寬度計算方法
　2.1 概述
　2.2 試驗研究成果
　　2.2.1 試驗構(gòu)件參數(shù)設(shè)計
　　2.2.2 試驗測試內(nèi)容及加載裝置
　　2.2.3 實測抗裂度及裂縫分布
　2.3 鋼筋混凝土梁裂縫分類統(tǒng)計分析
　　2.3.1 各類型裂縫的定義
　　2.3.2 裂縫分類統(tǒng)計分析
　　2.3.3 裂縫截面有效受拉高度的確定
　　2.3.4 平均裂縫間距的統(tǒng)計分析
　　2.3.5 裂縫寬度的統(tǒng)計分析
　　2.3.6 裂縫寬度擴大系數(shù)的統(tǒng)計分析
　2.4 鋼筋混凝土梁裂縫寬度計算方法
　　2.4.1 現(xiàn)行規(guī)范鋼筋混凝土梁裂縫寬度驗算公式的對比分析
　　2.4.2 鋼筋混凝土梁縱向受拉鋼筋的水平位置裂縫寬度計算方法
　　2.4.3 保護層厚度不同時鋼筋混凝土梁的任意位置裂縫寬度計算方法
　　2.4.4 配筋不同時鋼筋混凝土梁的任意位置裂縫寬度計算方法
　　2.4.5 高截面鋼筋混凝土梁的任意位置裂縫寬度計算方法
　2.5 鋼筋混凝土梁裂縫延伸高度計算方法
　　2.5.1 裂縫延伸高度特征
　　2.5.2 裂縫延伸機理分析
　　2.5.3 裂縫延伸高度的理論計算與試驗驗證
　　2.5.4 工程檢測應(yīng)用
　2.6 本章小結(jié)
　附錄　鋼筋重心水平處的裂縫寬度實測值
　參考文獻
第3章 鋼筋混凝土梁抗裂度及裂縫寬度相似理論
　3.1 概述
　3.2 鋼筋混凝土梁抗裂度相似性與計算方法
　　3.2.1 理論分析
　　3.2.2 截面抵抗矩塑性系數(shù)
　　3.2.3 抗裂性相似仿真模型試驗成果分析
　3.3 鋼筋混凝土梁裂縫分布和寬度相似性與計算方法
　　3.3.1 鋼筋混凝土梁裂縫分布的相似性與計算方法
　　3.3.2 鋼筋混凝土梁裂縫寬度的相似性與計算方法
　3.4 本章小結(jié)
　參考文獻
第4章 鋼筋混凝土多縱梁渡槽結(jié)構(gòu)仿真模型設(shè)計與試驗研究
　4.1 概述
　4.2 鋼筋混凝土多縱梁渡槽結(jié)構(gòu)原型簡介
　　4.2.1 原型結(jié)構(gòu)設(shè)計基本資料
　　4.2.2 原型結(jié)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)
　　4.2.3 原型結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法
　　4.2.4 渡槽結(jié)構(gòu)整體有限元分析
　　4.2.5 渡槽結(jié)構(gòu)配筋計算
　4.3 鋼筋混凝土多縱梁渡槽仿真模型設(shè)計與試驗
　　4.3.1 仿真模型設(shè)計與制作
　　4.3.2 仿真模型試驗加載方法
　　4.3.3 仿真模型試驗測試系統(tǒng)
　　4.3.4 仿真模型試驗加載程序與超載方法
　4.4 鋼筋混凝土多縱梁渡槽仿真模型試驗成果
　　4.4.1 結(jié)構(gòu)彈性受力階段試驗與計算成果對比
　　4.4.2 模型渡槽裂縫分布形態(tài)和破壞特征
　……
第5章 鋼筋混凝土多縱梁渡槽結(jié)構(gòu)仿真模型試驗反演分析
第6章 鋼筋混凝土多縱梁渡槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法研究
參考文獻

章節(jié)摘錄

　　現(xiàn)有渡槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立，是將渡槽分為縱向與橫向兩個平面計算體系，基于結(jié)構(gòu)力學(xué)解析方法計算參數(shù)化渡槽模型各構(gòu)件內(nèi)力，將承載力、抗裂度、裂縫寬度、撓度和穩(wěn)定性等設(shè)置為約束條件，以結(jié)構(gòu)體積或者工程造價等為目標(biāo)函數(shù)，選取各種優(yōu)化算法進行優(yōu)化設(shè)計[33-35]。由于多縱梁渡槽底部縱橫梁的布置形成了空間受力體系，槽身為三維受力狀態(tài)；且其縱橫梁和底板的幾何尺寸超出了一般梁板結(jié)構(gòu)的范疇，如果采用現(xiàn)有方法將渡槽拆分成構(gòu)件，以典型的梁板結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法計算其截面內(nèi)力將導(dǎo)致較大的偏差[27]。三維有限元數(shù)值計算方法則能更好地反映多縱梁渡槽空間三維受力狀態(tài)，計算精度更有保證。　　因此，本節(jié)基于結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)和截面抗裂等優(yōu)化設(shè)計原則，以三維實體單元有限元參數(shù)化模型為基礎(chǔ)，通過尋優(yōu)搜索得到優(yōu)化渡槽的截面尺寸，采用三維梁殼單元模型計算優(yōu)化渡槽的內(nèi)力后對其進行配筋，形成了一套以渡槽結(jié)構(gòu)受力條件為最優(yōu)的優(yōu)化設(shè)計方法。6.4.1優(yōu)化設(shè)計原則　　1.結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)原則　　原型渡槽底部縱梁等間距布置，中間各縱梁與邊縱梁的剛度差異較大，需設(shè)置具有一定剛度的橫梁進行渡槽內(nèi)力重分布來保證結(jié)構(gòu)整體受力，導(dǎo)致其縱橫梁受力的復(fù)雜性[30，36]。為增大渡槽中部區(qū)域縱橫梁的抗彎剛度，提高該區(qū)域的協(xié)調(diào)變形能力，采取將縱梁向渡槽橫向?qū)ΨQ面移動、橫梁及豎肋向渡槽縱向?qū)ΨQ面移動的不等間距布置。渡槽縱橫梁由于變形的協(xié)調(diào)性，其受力更趨向于按剛度分配荷載，應(yīng)力分布也更為合理[37]?！　?jù)此，將原型2～4縱梁向橫向?qū)ΨQ面移動，相應(yīng)地將橫梁2、3和豎肋2、3向渡槽縱向?qū)ΨQ面移動。由表6.6初步計算結(jié)果可見，隨著渡槽跨中區(qū)域橫向剛度的增大，更多的荷載被分配到邊縱梁，使得其跨中彎矩增大，從而能夠充分發(fā)揮其抗彎能力。中間各縱梁跨中彎矩減小，各根縱梁間的豎向變形更趨于均勻?？v橫梁底面應(yīng)力值顯著減小，可更好地控制裂縫寬度?！　　?/pre>








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