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随着我国经济的发展,我国的城市建设和交通事业取得了相当大的成就,为了满足不断增长的交通量的需求,在我国各大城市和许多重要的高速公路上已经建造了大量的宽桥,而且还有为数不少的宽桥正在或者将要建造。在这些混凝土桥梁的建设过程中,特别是一些边主梁式宽桥面的斜拉桥,经常会产生窄桥很少产生的桥面板纵向裂缝现象,其中的原因是多方面且复杂的。但是,非常重要的原因是,宽桥面的空间效应强以及混凝土材料收缩徐变产生的影响更加剧了空间效应的影响,并且增加了其复杂性。
目前大多用于设计分析的计算软件是采用平面杆系有限元的方法,这种方法经过多年的实践,证明对于一般的结构分析、内力计算、设计复核,是完全可以胜任的。但是,对于前面所提到的宽桥桥面板的空间受力问题,就显得力不从心了,不能完全准确的反映其受力状态,甚至得出的结果和实际情况相差甚远,这样不论对于桥梁的设计、施工还是对于桥梁的监测,都可能产生不准确甚至错误的指导。鉴于以上的问题,本文通过编制板单元的有限元程序,计算板在空间荷载作用下的受力行为,并对其在简单荷载作用下的收缩徐变的计算方法进行了研究,以期能够对上述问题的解决提供计算上的依据,并且避免采用通用程序时对结构的描述复杂,即填写数据文件费时容易出错、很难模拟桥梁结构在施工阶段及成桥阶段的工作情况等缺点。
本文首先对板单元有限元法的基本原理进行了阐述,确定编制程序所用的单元形式以及数值分析方法,并在修改教学程序的基础上编制了计算程序。然后讨论了收缩徐变的计算方法,并采用04版桥梁规范中徐变系数的计算方法,实现了收缩徐变的程序计算。通过和通用程序Ansys和平面杆系有限元计算方法的结果对比,考证了本程序在计算平面应力问题、平板弯曲问题、空间薄板问题以及收缩徐变问题计算的准确性,结果表明本程序基本是正确的。
最后,关于对进一步工作的方向进行了简要的讨论。