鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)

內(nèi)容概要

　　《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)》介紹了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗(yàn)理論及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究科研成果。通過(guò)鋼筋混凝土梁裂縫分布及發(fā)展規(guī)律的全面測(cè)試分析，明確了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度驗(yàn)算對(duì)象及內(nèi)涵，在現(xiàn)有裂縫寬度計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建開(kāi)裂截面不同位置處裂縫寬度及裂縫發(fā)展高度的計(jì)算方法，提出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗(yàn)抗裂度、裂縫寬度相似關(guān)系計(jì)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(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)、試驗(yàn)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(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，介紹了渡槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程及成果?！朵摻罨炷两Y(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)》可供土木水利工程等領(lǐng)域的科技人員進(jìn)行相關(guān)研究與設(shè)計(jì)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(jiǎn)介

　　趙順波，博士，教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)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(zhǎng)、河南省重點(diǎn)學(xué)科——水利工程學(xué)科帶頭人，河南省重點(diǎn)學(xué)科水工結(jié)構(gòu)與材料工程開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室主任，兼任中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)——混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土分學(xué)會(huì)——纖維混凝土專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)混凝土結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會(huì)委員，河南省土木建筑學(xué)會(huì)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(yàn)與結(jié)構(gòu)靜動(dòng)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(xiàng)國(guó)家和省部級(jí)科技項(xiàng)目，參加多項(xiàng)國(guó)家級(jí)和省級(jí)重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)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(jì)原理與應(yīng)用》(中國(guó)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(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3部，研究成果獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)8項(xiàng)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會(huì)歐威姆預(yù)應(yīng)力技術(shù)工程設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
　　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(yàn)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的研究，參加完成多項(xiàng)國(guó)家和省部級(jí)科技項(xiàng)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?，F(xiàn)任華北水利水電學(xué)院土木與交通學(xué)院副院長(zhǎng)，兼任中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)——混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土分學(xué)會(huì)——纖維混凝土專業(yè)委員會(huì)委員、河南省土木建筑學(xué)會(huì)橋梁與結(jié)構(gòu)委員會(huì)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(yàn)與結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析等方面的研究，主持完成10余項(xiàng)國(guó)家和省部級(jí)科技項(xiàng)目，參加多項(xiàng)國(guó)家級(jí)和省級(jí)重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)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(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會(huì)歐威姆預(yù)應(yīng)力技術(shù)工程設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

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(yàn)的基本概念及作用
　1.3 混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗(yàn)方法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
　　1.3.1 混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
　　1.3.2 混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型國(guó)外研究現(xiàn)狀
　1.4 混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗(yàn)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(jì)
　　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(xiàn)
第2章 鋼筋混凝土梁裂縫寬度計(jì)算方法
　2.1 概述
　2.2 試驗(yàn)研究成果
　　2.2.1 試驗(yàn)構(gòu)件參數(shù)設(shè)計(jì)
　　2.2.2 試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容及加載裝置
　　2.2.3 實(shí)測(cè)抗裂度及裂縫分布
　2.3 鋼筋混凝土梁裂縫分類統(tǒng)計(jì)分析
　　2.3.1 各類型裂縫的定義
　　2.3.2 裂縫分類統(tǒng)計(jì)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(jì)分析
　　2.3.5 裂縫寬度的統(tǒng)計(jì)分析
　　2.3.6 裂縫寬度擴(kuò)大系數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析
　2.4 鋼筋混凝土梁裂縫寬度計(jì)算方法
　　2.4.1 現(xiàn)行規(guī)范鋼筋混凝土梁裂縫寬度驗(yàn)算公式的對(duì)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(jì)算方法
　　2.4.3 保護(hù)層厚度不同時(shí)鋼筋混凝土梁的任意位置裂縫寬度計(jì)算方法
　　2.4.4 配筋不同時(shí)鋼筋混凝土梁的任意位置裂縫寬度計(jì)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(jì)算方法
　2.5 鋼筋混凝土梁裂縫延伸高度計(jì)算方法
　　2.5.1 裂縫延伸高度特征
　　2.5.2 裂縫延伸機(jī)理分析
　　2.5.3 裂縫延伸高度的理論計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證
　　2.5.4 工程檢測(cè)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(shí)測(cè)值
　參考文獻(xiàn)
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(jì)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(yàn)成果分析
　3.3 鋼筋混凝土梁裂縫分布和寬度相似性與計(jì)算方法
　　3.3.1 鋼筋混凝土梁裂縫分布的相似性與計(jì)算方法
　　3.3.2 鋼筋混凝土梁裂縫寬度的相似性與計(jì)算方法
　3.4 本章小結(jié)
　參考文獻(xiàn)
第4章 鋼筋混凝土多縱梁渡槽結(jié)構(gòu)仿真模型設(shè)計(jì)與試驗(yàn)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(jiǎn)介
　　4.2.1 原型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算
　4.3 鋼筋混凝土多縱梁渡槽仿真模型設(shè)計(jì)與試驗(yàn)
　　4.3.1 仿真模型設(shè)計(jì)與制作
　　4.3.2 仿真模型試驗(yàn)加載方法
　　4.3.3 仿真模型試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)
　　4.3.4 仿真模型試驗(yàn)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(yàn)成果
　　4.4.1 結(jié)構(gòu)彈性受力階段試驗(yàn)與計(jì)算成果對(duì)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(yàn)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(jì)方法研究
參考文獻(xiàn)

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(gè)平面計(jì)算體系，基于結(jié)構(gòu)力學(xué)解析方法計(jì)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(jià)等為目標(biāo)函數(shù)，選取各種優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[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(jì)算方法計(jì)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(jì)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(jì)算精度更有保證?！　∫虼?，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(jì)原則，以三維實(shí)體單元有限元參數(shù)化模型為基礎(chǔ)，通過(guò)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(jì)算優(yōu)化渡槽的內(nèi)力后對(duì)其進(jìn)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(jì)方法。6.4.1優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jìn)行渡槽內(nèi)力重分布來(lái)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(dòng)、橫梁及豎肋向渡槽縱向?qū)ΨQ面移動(dòng)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(dòng)，相應(yīng)地將橫梁2、3和豎肋2、3向渡槽縱向?qū)ΨQ面移動(dòng)。由表6.6初步計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，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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