轻集料混凝土(Lightweight Aggregate Concrete,简称LWAC)具有轻质高强、良好的抗震性能、高耐久性和经济效益显著等特点,在桥梁工程中的应用日益增多。但是,其力学性能研究仍然存在一些急需解决的问题,如轻集料混凝土弹性模量相对较低;轻集料混凝土的收缩徐变引起的预应力损失、锚固区的局部承压强度等。 本文以预应力轻集料混凝土空心板梁为研究对象,借助大型通用有限元软件ANSYS建立空心板梁的空间计算模型,对其力学特征、轻集料混凝土的敏感性和预应力轻集料混凝土的徐变效应进行了数值模拟。按论文的章节顺序,本文的具体研究成果如下: 1.简述了轻集料混凝土的特点和目前国内外在桥梁工程中的运用概况,分析了钢筋混凝土有限元的特点和预应力空心板梁有限元分析的现状,在总结当前轻集料混凝土存在问题的基础上,提出了本文研究的主要内容和目标。 2.阐述了空间有限元的基本理论,针对目前常用的有限元软件,选用大型通用软件ANSYS进行预应力轻集料混凝土空心板梁的空间计算分析。 3.选择上升段为二次抛物线的轻集料混凝土本构关系,采用约束方程法模拟预应力的施加方式、预应力和轻集料混凝土的相对滑移,建立了预应力轻集料混凝土空心板梁的有限元模型。计算结果表明:跨中截面上下缘应力计算值与试验值误差在5%,跨中挠度误差在1%左右;跨中挠度和跨中截面应力都满足规范的要求且其随荷载的增加呈线性变化规律。端部局部承压分析表明:端部压应力在张拉完毕后最大,沿长度方向呈衰减曲线变化,最大应力大约为24.0～28MPa。 4.进行了全部采用轻集料混凝土和端部采用1m长次轻集料混凝土(SDC)的试验梁的对比分析。分析结果表明,轻集料混凝土梁在强度、刚度都能满足规范的要求,但端部最大应力大于规范设计值。因此有必要在端部采用一定长度的次轻集料混凝土,并对次轻集料长度分别为0.8m,0.9m,1.1m和1.2m情况下端部的应力情况进行的分析,结果表明,端部1m长的次轻混凝土端部应力明显小于其它长度的次轻混凝土,约小6-10MPa。