钢管混凝土拱桥的动力稳定极限承载力研究

从结构极限承载力的角度研究钢管混凝土拱桥在地震作用下的动力稳定性能。基于大型通用有限元程序ANSYS的应用平台,使用其APDL语言,采用B-R运动准则结合动态增量法(IDA)提出用特征响应寻求钢管混凝土拱桥动力稳定极限承载力的研究方法,分析地震动输入方向、结构几何非线性、材料非线性及其结构初始缺陷模式和大小对动力稳定极限承载力的影响,结果表明横向输入对拱桥稳定最为不利,材料非线性的影响比几何非线性影响大,几何初始缺陷会降低拱桥的动力稳定极限承载力,其中以反对称最为不利。最后,通过对一钢管混凝土模型拱桥的振动台试验的分析比较,表明该方法的正确性和工程适用性,可为系统研究钢管混凝土拱桥的动力稳定性能提供理论分析基础。     

大跨度钢管混凝土拱桥非线性与稳定性分析

综合考虑了几何非线性和材料非线性对钢管混凝土拱桥稳定性的影响，并通过实例分析，得到了在计算钢管混凝土拱桥的稳定性时，材料非线性的影响不可忽略的结论。     

大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应分析

研究了大跨度钢管混凝土拱桥在同步激励和多点激励作用下的非线性地震响应特性及主要影响因素。采用时程分析法计算了大跨度钢管混凝土拱桥的非线性地震响应,研究了几何非线性对结构地震响应的影响,探讨了恒载内力和构型、多点激励效应等因素对大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应特性的影响,结果表明结构的几何非线性性质对大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应有较大影响。     

钢管混凝土柱非线性承载能力可靠度分析

为准确描述钢管混凝土长柱非线性行为,使非线性可靠度分析方法具有工程应用价值,本文基于响应面与非线性有限元相结合的方法,运用一致缺陷模态法考虑结构的初始几何缺陷,建立了钢管混凝土结构非线性承载能力可靠度分析模型。对长细比与径厚比进行参数分析,考察模型使用范围。计算表明:当长细比大于15时与径厚比较小时,应采用本文推荐方法,考虑钢管混凝土长柱的初始几何缺陷与结合非线性效应。     

钢管混凝土高墩非线性稳定承载能力可靠度分析

为解决结构分析准确性与消耗机时的矛盾,使非线性可靠度分析方法具有工程应用价值,基于响应面与非线性有限元相结合的方法,运用一致缺陷模态法考虑结构的初始几何缺陷,建立了钢管混凝土结构非线性承载能力可靠度分析模型。利用该模型分析钢管混凝土超高墩的非线性承载能力可靠度指标与敏感性系数。通过参数分析方法,系统研究了长细比,偏心距,径厚比,几何非线性与初始几何缺陷对可靠度指标的影响。可以通过对上述因素的有效控制影响钢管混凝土高墩的可靠性。在此基础上,给出了能够有效提高钢管混凝土高墩承载能力可靠度工程措施建议。     

大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥非线性稳定性研究

为了探究大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥在施工和运营过程中结构非线性稳定性的变化和影响因素,以某双主跨2×360 m钢桁梁拱桥为研究对象,分别采用有限元软件MIDAS和ANSYS计算大桥施工和运营阶段稳定安全系数并获取结构的失稳形态。分析了几何和材料非线性因素对结构稳定性的影响,并探讨了初始缺陷和横向风荷载与结构非线性稳定的关系。研究表明:桥梁ANSYS模型和MIDAS模型的线弹性稳定分析结果基本一致,安全系数较高,且运营阶段结构的失稳形式均为拱肋整体面外失稳;结构非线性稳定性受材料非线性影响显著,而受几何非线性影响较小;通过一致缺陷模态法在结构上施加初始缺陷对结构非线性稳定影响较大,而截面几何偏位法影响较小;运营阶段桥梁在正常风荷载下能较好地保持稳定性。     

客运专线中V型刚构拱桥极限承载力研究

结合工程实例,运用有限元程序,采用弹性屈曲、几何非线性屈曲、几何和材料双重非线性屈曲三种方法对钢管混凝土拱桥的极限承载力进行了分析,并给出了影响拱桥极限承载力的主要参数,研究表明结构极限承载力与结构材料非线性的考虑与否、材料屈服应力的大小、荷载分布方式以及温度的变化有关联,对此类桥梁稳定性能的研究以及类似桥梁的设计有一定的参考价值。     

金沙江大桥横向稳定性有限元分析

综合考虑了几何非线性和材料非线性对混凝土拱桥稳定性的影响,并结合金沙江大桥的实例分析,对拱箱吊装合拢时的最不利阶段及成桥状态下的稳定性进行了分析,得到在计算拱桥的稳定性时,可不考虑几何非线性的影响,但材料非线性的影响不能忽略的结论。     

采用外套管式单边螺栓端板连接节点钢管混凝土框架滞回性能研究

在考虑材料非线性、几何非线性、材料初始缺陷和残余应力的基础上,以轴压比和柱截面含钢率为主要设计参数,建立了外套管式单边螺栓端板连接节点钢管混凝土框架非线性计算模型,并对其进行往复荷载加载,分析外套管式单边螺栓端板连接钢管混凝土平面框架模型的破坏特征、滞回曲线与抗震性能,最后对影响框架的P-△关系曲线的各主要因素进行参数分析。研究表明,采用外套管式单边螺栓端板连接节点的钢管混凝土框架滞回曲线饱满,抗震性能优越,对影响框架的P-△关系曲线各主要因素进行参数分析的具体结果符合实际,可为此种节点连接的钢管混凝土框架的有关研究或工程应用提供参考。     

反拱式钢管混凝土拱桥稳定性非线性分析

结合湖北省兴山县高阳大桥,基于ANSYS软件,采用beam188单元,分别对施工和使用阶段进行线弹性、只考虑几何非线性和同时考虑几何及材料非线性对该桥进行稳定性分析,并得出了各工况下的稳定安全系数及失稳模态。计算结果表明,反拱式钢管混凝土拱桥的稳定性非线性因素明显,在计算中应充分考虑。     

内凹式索拱结构极限承载力研究

采用考虑双重非线性的有限元方法对内凹式索拱结构的极限承载力进行了参数研究。主要分析了5种荷载形式下支座形式、拱矢跨比、索矢跨比、撑杆数量、拱截面、索截面、初始张拉力和初始缺陷等参数对内凹式索拱结构承载力的影响;并与仅考虑几何非线性的结果进行了对比。分析结果表明:支座形式、矢跨比、撑杆数量、拱截面等因素对结构承载力影响较大;索截面、初始张拉力和初始缺陷等对结构承载力影响较小;其合理的取值范围为:拱矢跨比取0.125~0.20,索矢跨比取0.05~0.10,索截面积取拱截面积的4%~6%,与拱结构相比,该结构的整体稳定性、极限承载力、整体刚度都大幅度提高,对缺陷的敏感度减低;半跨荷载是结构设计的控制荷载,给出了快速确定初始张拉力的简化计算公式。     

大庆石油会展中心椭球形单层网壳稳定分析

本文对大庆石油会展中心椭球形单层网壳进行了全面的整体稳定分析。首先进行了线性稳定性分析，预测结构屈曲荷载的上限；然后，运用非线性有限元方法，考虑几何和材料非线性以及初始缺陷的影响，全面分析了网壳在各个工况荷载下的稳定性能，得到较准确的结果。     

天津某贝壳形单层网壳整体稳定分析

对天津于家堡站房贝壳形单层网壳进行了全面的整体稳定分析。首先进行线性稳定性分析,预测结构屈曲荷载的上限;然后,运用非线性有限元方法,考虑几何非线性以及初始缺陷的影响,全面分析网壳在各个工况荷载下的稳定性能,得到较准确的结果。     

半刚性结构找形分析的实用方法

在讨论拉索预应力模拟方法的基础上,利用刚度法理论来确定半刚性结构零状态的几何尺寸。在初始态几何给定时,初始态的预应力分布决定了零状态的放样几何。首先给出了用于求解拉索初始缺陷长度的影响矩阵法;但该方法初始缺陷长度对控制点位移的影响因子是线性叠加的,即结构反应呈线性,这与半刚性结构的几何非线性相悖。为了减小结构非线性反应带来的误差,对影响矩阵法的影响因子进行了修正,提出了影响矩阵修正法。最后利用ANSYS参数化设计语言APDL编制程序对一个半刚性结构实例进行了找形分析,数值算例表明了影响矩阵修正法减少了影响矩阵法中结构线性反应假定带来的误差,能够应用于刚度较小的半刚性结构的找形分析。     

m法下的双曲线型p-y曲线

工程中基桩大多处于复杂的成层地基中,鲜有位于单一土层中,从宏观角度出发,引入初始地基比例系数,提出了基于m法的双曲线型p-y曲线。某现场7根试桩地基土非线性显著,实测和理论计算的地面处桩身水平位移水平荷载关系曲线均呈良好的二次抛物线关系,且理论与实测曲线吻合良好,验证了本文p-y曲线模型。地基土非线性对桩身最大弯矩、桩侧地基土压力影响显著,不容忽略。工程实际中采用m法计算基桩最大弯矩值偏小,建议乘以1.05~1.25的系数,以计入地基土非线性影响。     

Nonlinear theory of non-uniform torsion of thin-walled open beams

A nonlinear theory of non-uniform torsion based on finite displacements is developed. Expressions for the finite nonlinear strains in Lagrangian coordinates and the Kirchhoff stresses for thin-walled open beams are presented. Using the principle of stationary total potential, the dual forms of the beam equilibrium equations are derived. For conservatively loaded thin-walled open beams a static stability criterion, based on the positive definiteness of the second variation of the total potential, is presented. The criterion developed takes into account the effects of changes in beam geometry such as initial bending curvature, prior to instability.     

施工偏差随机分布对弦支穹顶结构整体稳定性影响的研究

基于概率理论,提出了适合于具有初始几何缺陷的弦支穹顶结构整体稳定性分析的施工偏差概率法,根据施工现场的误差分布特点,引入初始几何缺陷的随机分布形式,通过计算随机有限元模型,得到稳定系数样本值,并经过统计分析最终获得了具有一定可靠性的非线性整体稳定系数。以跨度93m、矢跨比1/12的优化后的弦支穹顶结构为算例,进行了考虑初始几何缺陷的非线性稳定性分析,与传统的特征值屈曲模态法和无初始几何缺陷的结果进行了对比分析,分析表明施工偏差概率法能够充分展现初始几何缺陷对弦支穹顶结构稳定性的影响,其计算稳定承载力比传统的特征值屈曲模态法低30%左右。通过对比分析,对初始几何缺陷最大值采用1.645倍的施工偏差控制限值,初始几何缺陷形状和大小更加合理,稳定分析结果偏于安全。施工偏差概率法在2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定分析中得到了良好的应用,验证了该方法的适用性。     

某招商中心单层球面网壳的设计分析

某招商中心采用单层球面网壳结构,球形外立面直接落地,表面开有三处大门洞,形成结构的薄弱点。着重介绍了开孔单层网壳的方案选择、支承体系、设计荷载以及强度和整体稳定计算等。设计根据强度条件初步确定截面以后,应进行非线性全过程屈曲分析,并考虑初始缺陷的影响程度来综合确定球壳的极限承载能力。     

索穹顶结构的多结点非线性有限元分析

索穹顶结构分析中 ,由于自重影响 ,常用单元已不能满足工程精度要求。本文考虑应变高阶量的影响 ,给出考虑自重作用下有初始垂度的多结点 (4结点以上 )非线性空间曲线元的形函数和大位移非线性几何方程。编制了相应计算程序。数值算例验证了公式、方法的正确性 ,且数值解精度高     

Geometrically exact displacement-based shell theory

The deformed geometry often is the most important information for applications of highly flexible plates/shells, and a geometrically exact shell theory should be displacement-based in order to directly and exactly describe any greatly deformed geometry. The main challenges of modeling a shell undergoing large deformation are how to describe its deformed reference plane and its differential element's large rotations and how to derive objective strains in terms of global displacements and rotations that contain both elastic straining and rigid-body movement. This paper presents a truly geometrically exact displacement-based shell theory without singularity problems. The theory fully accounts for geometric nonlinearities, all possible initial curvatures, and extensionality by using Jaumann strains and stresses, exact coordinate transformation, and orthogonal virtual rotations. Moreover, transverse shear deformations are accounted for by using a high-order shear deformation theory. The derived fully nonlinear strain–displacement relations enable geometrically exact forward analysis (obtaining the deformed geometry under a set of known loads) and inverse analysis (obtaining the required loads for a desired deformed geometry). Several numerical examples are used to demonstrate the accuracy and capabilities of the geometrically exact shell theory. Moreover, different theoretical and numerical problems of other geometrically nonlinear shell theories are shown to be mainly caused by the use of Mindlin plate theory to account for transverse shears, Green–Lagrange strains to account for geometric nonlinearities, and/or Euler and Rodrigues parameters to model large rotations.