索穹顶结构施工模拟分析

为了研究索穹顶的施工成形过程,寻找一种通用、可靠的计算方法来提高施工分析的效率与精确性,确保计算结果切实有效地指导实际工程施工,利用有限元软件ANSYS对一索穹顶结构按反分析的思想进行2种施工方案下的施工模拟计算,确定在施工过程中各控制结点的坐标值、各单元的内力值与结构的几何形状,并对2种施工方案进行了分析对比.结果表明,在结构的张拉成形过程中,单元的内力值与结构的几何形状的变化规律与施工方案有关,2种施工方案在一定条件下具有共性,各斜索对整个结构的影响由里及外依次增强.计算过程也表明,利用通用有限元软件ANSYS对索穹顶结构进行施工模拟具有通用性与高效性.     

预应力筋张拉过程的数值模拟与监测

预应力筋的张拉顺序及张拉控制,关系到预应力结构施工阶段和使用阶段的安全。针对华中科技大学中心体育馆看台斜梁的预应力筋张拉,利用AN SY S有限元软件对张拉过程进行数值模拟分析,研究张拉顺序对混凝土预压应力和反拱值的影响,并与现场实测结果进行了对比分析。有限元分析与实测表明,对预应力筋分束张拉工艺可行,周边梁的预应力筋张拉对已张拉梁的预压应力及反拱影响不大,实测结果比考虑损失的有限元结果约小10%~20%。     

三板溪大吨位预应力中墩三维有限元分析

采用三维有限元方法,对三板溪水电站溢洪道控制段大吨位预应力中墩进行了整体空间应力与变形分析,得到了典型工况下结构整体位移、变形和结构重要部位的应力分布规律.根据有限元计算成果,评价了大吨位混凝土结构的预应力效果,探讨了减少预应力水平次锚索排数和简化张拉施工过程的可行性,并结合设计与布置要求完成了优化方案的对比计算分析.全部有限元计算结果为三板溪工程溢洪道控制段预应力体系设计与优化提供了依据.     

基于TBA法的地下厂房围岩力学参数位移反分析

讨论了TBA反分析法的原理,结合某水电站地下洞室工程中地下厂房的开挖过程,建立了模拟动态施工的有限元模型,运用TBA法对地下厂房的围岩力学参数进行了反演计算,运用遗传算法进行了数值验证,有效地确定了岩体的弹性模量.结果表明,增量位移与实测值吻合较好.     

双向张弦桁架结构施工过程跟踪计算理论与应用

基于梁杆非线性有限元理论和预应力索张拉力学模型建立了双向张弦桁架结构施工过程跟踪计算理论和计算方法,在AutoCAD平台上开发了计算软件.此方法可以考虑结构体系转换、施工荷载、边界条件、预张力等因素的改变对施工过程的影响,实现对结构施工全过程的跟踪模拟分析.通用有限元计算结果的对比表明所提出的计算方法具有足够的精度,工程实测结果对比说明所提出的计算理论和计算方法能够较好的反映实际情况,比较真实地计算出结构在施工过程中的力学行为,可对确定和优化结构施工方案提供理论指导.     

索穹顶结构初始状态确定与成形过程分析

在研究索穹顶结构的零应力状态、施工初始几何状态基础上,着重分析了索穹顶结构的施工成形过程几何形状和单元内力变化规律,揭示索穹顶结构的初应力产生机理以及施工过程中体系的变化特征.由于索穹顶结构成形过程涉及机构运动和单元内力分析、机构位移和弹性变形耦合,采用常规的有限元方法不能求解,而非线性有限元力法是一种有效的计算方法.结果表明,在索穹顶结构成形过程中,从开始很长时间内所有单元内力均处于较低水平,此时结构是一种机构状态,节点位移主要是刚体位移.当所有索进入工作状态时结构的体系从机构转变为具有一个自应力模态的、可刚化的稳定体系,各单元的内力迅速增大.说明了索穹顶结构的成形过程,也是预应力生成的过程.     

超长预应力混凝土梁温度场数值模拟与分析

以某超长预应力混凝土梁施工为例,根据三维热传导理论.采用有限元软件模拟了超长预应力混凝土梁的温度场.并在此基础上计算了温度应力,根据计算值与实测值相对比的结果.验证了计算方法与理论的正确性;运用有限元软件分析了不同养护方法对混凝土温度场的影响,结果表明养护情况对混凝土内外温差影响很大.采用保温养护和循环水冷却等措施能很好的控制大体积混凝土的水化热升降,从而防止混凝土宏观裂缝的产生.证明了养护在大体积混凝土施工中的重要性,并根据对本工程的施工技术的研究,为超长混凝土梁的施工提供指导性意见.     

基于叠合理论的钢管混凝土预应力连续桁架梁桥结构分析

以四川干海子钢管混凝土预应力连续桁架梁桥为工程背景,结合大桥具体的实际施工过程,将大桥主体结构视为典型的预应力叠合结构,采用有限元联合截面模拟叠合梁,对该桥35、36试验跨预应力叠合结构的施工全过程进行仿真计算,计算结果和试验结果吻合良好。结果表明:采用叠合梁模式对该桥结构进行分析的方法是可行的,接近实际。     

人民日报社综合楼钢结构安装施工模拟与变形控制

为了有效控制施工过程中的钢结构变形,提高安装精度以及确保受力安全,结合人民日报综合办公楼的钢结构安装,通过有限元软件对不同的安装工况中的结构变形以及应力发展情况进行模拟,在此基础之上确定了安装方案并提出了安装建议.在安装过程中通过结构安装的复核计算和监测,确保了安装过程中的结构安全、结构位移,并采用变形预调的方法,对结构安装变形进行了有效控制,提高了安装精度.结果表明:通过对施工过程采用变形预调,可提高安装精度,确保结构成形后的实际状态满足设计要求,使结构受力更合理.     

简支转连续预应力桥梁的仿真

介绍了利用大型有限元软件Ansys,对简支转连续的预应力桥梁上部结构进行三维仿真计算与分析的一种有效方法,并以某大型公路桥梁工程为例,结合其实际施工过程及使用工况,分阶段地对预应力桥梁进行了仿真计算,列出了部分的计算结果并作了简要分析.为同类桥梁的仿真分析提供技术参考.     

Test research and computer simulation analysis of construction state during form finding for suspen-dome system

A novel construction method without scaffold work called as assembly-prestressing form finding loop by loop is presented.Based on the theory of finite displacement,the cycle-forward analysis method is presented for its construction calculation,which adopts the finite element method of generalized geometric nonlinearity combined with the application in the real construction process.By means of the combination of the forward analysis according to real construction sequence and the cycle iteration according to the initial strain increment method of cable force adjustment,the influence of the structural geometric nonlinearity and the loss of prestress are taken into account due to prestressing of tendons in turn and so on.If the initial cable forces derived from the method were used for construction,expected cable forces and shape could be assured easily.Simulation analysis achieved real-time tracking and controlling of the construction status.Finally,according to the procedure and parameters in simulating,a model experimental research on the stage of form finding(namely prestressing)was carried out for suspen-dome structure.The feasibility on the assembly-prestressing form finding method loop by loop was testified.The cycle-forward analysis method was established and numerical simulation was performed,and the results show that it was useful for the design and the construction of similar suspen-dome structure.     

四节点索单元的悬索结构非线性有限元分析

针对柔性悬索结构几何非线性的特点,提出了一种四节点等参曲线索单元有限元模型,并采用三次多项式作为位移插值函数及单元初形状函数,基于修正的Lagrangian坐标描述法,从虚功原理出发推导出单元基本方程和单元切线刚度矩阵,集成后利用Newton-Raphson法求解并编制了程序进行实例计算.结果表明,本文方法精度很高且收敛速度快,可供悬索及索网等张拉结构分析、设计时采用.     

自锚式悬索桥吊索不接长体系转换方案及索鞍数值模拟

为降低自锚式悬索桥体系转换施工费用、提高施工效率、简化分析过程，以抛物线理论为依据，推导出主缆垂度的影响参数，结合各参数的可控性、敏感性，通过调整主索鞍顶推和吊杆张拉策略，提出3阶段2轮张拉吊索不接长体系转换方案。为在有限元计算时精确模拟方案中主、散索鞍施工状态，将索鞍圆心点与塔顶或散索鞍底座中心点建立刚臂和主从约束两个边界，通过激活、钝化刚臂模拟索鞍临时固定和滑移状态，通过设置索鞍圆心点强制位移模拟索鞍超顶状态。以双塔3跨和独塔2跨2座自锚式悬索桥为例，根据现场实际情况分别制定了2套吊索不接长体系转换方案，并建立有限元模型对2座桥梁体系转换过程进行模拟和分析。结果表明：自锚式悬索桥主跨是避免吊索接长的关键桥跨，主缆跨径和主缆长度是影响主缆垂度、避免吊索接长的关键可控参数；通过增大主缆初期变形可有效避免吊索接长，实施方案为张拉主跨长出段吊索使主索鞍超前就位，以改变主缆跨度；提前施工部分二期恒载、加劲梁在第1轮吊索张拉后脱架，以增加主缆弹性伸长。由2座桥梁实例分析结果可知，体系转换前期主索鞍可控滑移、超前就位，后期对称张拉桥塔两侧吊索，使主缆和主索鞍间的抗滑移安全系数和桥塔应力均变化平稳，所提方案和索鞍模拟方法达到了预期目的，可为同类型自锚式悬索桥体系转换提供参考。     

单层平面索网幕墙结构非线性分析

针对单层平面索网幕墙结构静力分析的特点,提出了二节点直线杆单元有限元模型。建立了非线性有限元基本方程,利用Newton—Raphson法进行计算,编写了相应的有限元程序。结合实例对索网结构的位移和应力进行了计算分析,并与ANSYS软件计算结果进行了对比,二者吻合较好。分析结果表明此单元模型有较好的精度,能适用于单层平面索网幕墙结构的非线性分析。     

悬索结构的初始形状确定分析

应用非线性有限元位移法，推导了悬索结构的几何非线性有限元方程。通过由平面将控制点移动到设计给定的几何位置，寻求了一个与给一预应力值分布及结构几何控制参数对应的平衡的形状，建立了一种悬索结构的初始形状确定分析方法。算例结果表明提出的方法是可行，实用的。     

劲性支撑穹顶结构找形分析

针对索垂度在施工成形过程中不可忽略的问题,采用悬链线单元模拟索,依据胡克定律、小应变假设和变形协调方程等条件,推导了索原长的计算公式,给出了一种已知任意一个正值求解索原长度的二分法。在正交索网结构中,采用该二分法求得的索原长与已知条件给出的索原长进行对比,其误差均不超过0.16%,且不同初始值计算得到的索原长差别不大。针对劲性支撑穹顶结构的找形分析问题,给出了一种FEDR法,即有限元动力松弛法,以期提高动力松弛法的计算精度和可靠性。给出了找形分析的求解策略,并通过FORTRAN语言和ANSYS的APDL语言编制找形分析程序。对正交索网和跨度为71.2m设两道环杆的肋环型劲性支撑穹顶结构进行找形分析,ANSYS有限元分析与FORTRAN语言找形程序求得的杆件内力进行对比,其误差均不超过0.42%。     

负载下焊接加固受弯工形钢梁的受力特性分析

采用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,对3个不同初始负载下焊接加固的受弯工形钢梁和1个做对比用的未加固工形钢梁的受力特性进行有限元分析,并详细介绍了2种用于模拟负载下焊接加固钢梁受力特性的有限元分析方法。基于目前最常用的、仅采用生死单元技术而未考虑焊接热过程的有限元分析方法,采用间接热一结构耦合分析方法,考虑焊接热过程和随温度变化的钢材材性,提出了能够考虑负载下焊接过程影响的有限元分析方法。通过将有限元计算结果与相应的试验结果进行对比,验证了采用的有限元分析方法和有限元模型的可行性。计算结果表明：负载下焊接加固后的钢梁的极限承栽能力受初始负载的影响较大。     

基于向量式有限元的弦支穹顶失效分析

索的破断涉及到强烈的几何非线性,传统的有限元方法很难准确模拟和跟踪其失效过程,利用基于MAT-LAB语言的自编向量式有限元程序对弦支穹顶的斜索和环索失效全过程进行了跟踪模拟分析,得到了弦支穹顶断索后位移和内力的动力响应曲线.结果表明:利用向量式有限元能够准确地进行断索全过程分析,任一环索断裂后将导致整圈索杆体系失效,环索断裂对于结构位移及内力影响较斜索断裂时更大.断索将同时导致最终平衡态支座反力的大幅增加,在预应力结构设计时应予以足够的重视.