悬索桥抗爆分析的展望

近年来,爆炸荷载引起的桥梁结构损伤事故频发,确保桥梁结构在爆炸荷载作用下的安全性日益重要。综述了桥梁结构爆炸荷载的种类和特点,介绍了不同桥梁结构动态响应分析方法,着重指出了数值模拟分析的优势。在此基础上,结合既有桥梁结构抗爆分析的研究成果,指出了现有研究存在的不足,提出了采用大型通用有限元软件对悬索桥进行数值模拟分析的策略,为进一步研究悬索桥在爆炸荷载作用下的动态响应和损伤机理打下基础。     

吊缆失效时悬索桥整体稳定性的数值分析

基于SAP2000有限元软件建立了润扬长江大桥南汊悬索桥的有限元模型。采用构件移除法,对悬索桥吊缆受袭后悬索桥的整体稳定性进行讨论。计算结果表明,10根吊缆失效后,润扬大桥局部加劲梁达到承载能力极限;相邻的40根吊缆同时拆除后,其剩余吊缆在自重作用下连续拉裂破坏,桥梁失稳倒塌破坏,为悬索桥遭受偶然荷载后的整体稳定性设计提供了一种预测方法。     

车桥耦合在稳定型悬索桥上的性能

稳定型悬索桥是在普通悬索桥桥的基础上增加了反张索结构,以增加桥整体的稳定性。运用有限元软件分别在稳定型悬索桥和普通悬索桥中,进行移动力、移动荷载质量作用下和1/4弹簧质量车辆模型作用下3种车桥耦合的有限元分析,得出相应的位移响应图和加速度响应图。得出稳定型悬索桥在刚度和稳定性方面更加优于普通悬索桥,为稳定性悬索桥的分析研究提供一定的参考价值。     

大跨径小矢跨比人行悬索桥力学性能分析研究

人行悬索桥相比公路悬索桥而言,桥面宽度较窄,结构整体刚度小,属于大跨径柔性结构。国内外大多数悬索桥的矢跨比都在1/12～1/9之间,人行悬索桥考虑到景观效果要求,因此可能设计成小矢跨比悬索桥。为了研究小矢跨比人行悬索桥的受力性能,该文以1/16小矢跨比景区大跨径人行悬索桥为研究对象,通过美国大型通用高级非线性有限元软件MSC.Marc建立了主跨416m人行悬索桥三维空间有限元分析模型,研究了小矢跨比下人行悬索桥结构受力性能。分析结果表明,小矢跨比人行悬索桥在一定程度上影响结构整体刚度的变化,得出在不同荷载作用效应下结构受力性能规律,并且在景区修建小矢跨比人行悬索桥是可行的,研究结论可为柔性人行悬索桥的合理设计提供一定参考依据。     

沪蓉西四渡河悬索桥抗震性能研究

大跨度悬索桥必须进行可靠的抗震性能研究。以一座在建的山区悬索桥为研究对象,采用基于迭代拟合规范设计反应谱法合成一致激励、行波效应以及多点激励3种工况下的位移时程,并作为该桥地震动输入。采用两水准设防二阶段抗震设计方法,分别按纵向+竖向、横向+竖向对其进行线性和几何非线性地震时程分析。分析结果表明:多点激励的影响较大,线性与几何非线性分析结果较接近;经抗震强度、变形验算,该桥抗震性能满足要求。     

刚性索悬索桥的动力性能研究

本文以一座主缆跨中锚固的刚性索自锚式悬索桥为工程背景,采用商业有限元分析软件MIDAS／CIVIL为分析工具,对这种悬索桥的动力性能进行了分析,分析结果表明该桥的动力性能同其他悬索桥的振动频率相比各阶频率相对较高,说明该桥整体刚度较大     

柱承式网架结构在连续爆炸荷载作用下的动力响应

利用ABAQUS有限元软件对柱承式网架结构在连续两次爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟。结果表明:第一次爆炸后网架的部分杆件屈服,结构整体产生了一定残余变形,这些结构损伤加剧了第二次爆炸荷载作用下结构的破坏;屋顶的爆炸荷载导致该网架结构产生较大的下挠,故在有类似抗爆需求的大跨屋盖设计中,屋顶的爆炸荷载必须引起足够的重视;网架平板支座的抗剪连接构造是柱承式网架结构抗爆的薄弱环节并提出了几种提高网架支座抗剪承载力的加固措施。     

近场水中爆炸作用下钢筋混凝土桩破坏模式及损伤评估研究

高桩码头是我国重要的港口结构,其在服役期间可能遭受偶然爆炸或者恐怖爆炸荷载作用。钢筋混凝土桩是高桩码头的主要承重构件,需要对其在近场水中爆炸荷载作用下的动力响应和破坏模式进行研究,进而对高桩码头的抗爆性能及安全性进行评估。对某型高桩码头的钢筋混凝土桩在近场水中爆炸荷载作用下的破坏模式及损伤评估进行了研究。通过与试验结果的对比分析,对数值分析方法进行验证;建立了钢筋混凝土桩在爆炸荷载作用下的三维分析模型,研究了半径数对钢筋混凝土桩的动力响应和破坏模式影响;基于分析结果,建立水中爆炸作用下的损伤评估机制,给出该型钢筋混凝土桩在给定工况下抗爆的安全范围,研究成果可以为该类型高桩码头抗爆设计及分析提供参考。     

大河特大桥缆索吊装索塔设计分析

以贵州省大河特大悬索桥的缆索吊装施工方案为工程背景,对初步设计的缆索吊装塔架结构进行了系统分析。在不同工况下通过有限元软件对塔架设计进行分析,从安全性角度提出塔架结构优化设计建议。     

地下超高性能钢纤维混凝土隧道衬砌抗爆性能模拟研究

针对超高性能钢纤维混凝土(UHPSFRC)隧道衬砌的抗爆性能,运用有限元软件LS-DYNA建立了超高性能钢纤维混凝土隧道衬砌在内爆荷载作用下的三维有限元模型,比较了UHPSFRC隧道衬砌与普通混凝土隧道衬砌抗爆性能的异同,研究了爆源位置、隧道埋深、钢纤维掺量等参数对UHPSFRC隧道衬砌抗爆性能的影响。结果表明:与普通混凝土隧道衬砌相比,UHPSFRC隧道衬砌抗爆性能更为优异;偏心爆炸情况下隧道衬砌主要表现为局部破坏,并且局部破坏程度要明显大于中心爆炸情况;与深埋工况相比,浅埋隧道衬砌在爆炸荷载作用下的损伤破坏更为严重;在一定范围内钢纤维掺量越大,隧道衬砌抗爆性能越好。     

基于ANSYS二次开发的倒张型悬索桥分阶段非线性优化设计

在对倒张型悬索桥进行设计时,基于倒张型悬索桥的施工形成过程,首先建立施工阶段和成桥阶段的参数化有限元模型,然后提出随机优化、零阶优化和一阶优化相结合的综合非线性优化方法.同时,通过对ANSYS程序的二次开发,利用ANSYS的APDL语言和UPFs特性,编制倒张型悬索桥全面优化设计和非线性有限元分析综合辅助程序.采用提出的综合非线性优化方法和编制的综合辅助程序,对施工阶段和成桥阶段的倒张型悬索桥进行优化设计.在优化设计的过程中,考虑各种非线性因素的影响,对倒张型悬索桥设计和施工中的关键因素进行优化,从而使倒张型悬索桥的受力和变形达到比较合理的状态.从优化前后的非线性有限元分析结果来看,文中采用的综合非线性优化方法简单高效,十分利于多变量非线性优化;编制的倒张型悬索桥全面优化设计和非线性有限元分析综合辅助程序,很好地解决了倒张型悬索桥的优化设计问题,优化的效果明显.     

大跨钢桁梁悬索桥风致抖振响应时域分析

文章以飞龙湖乌江钢桁梁悬索桥为工程实例,基于主梁节段模型风洞试验测得静力三分力系数。按照实测风场特性,采用谱解法原理完成了脉动风谱到脉动风速时程的转换,基于小扰动假设条件下得到的准定常气动力理论求得桥梁结构时域化风荷载。采用ANSYS软件建立钢桁梁悬索桥的空间有限元模型并分析了桥梁结构的动力特性,进行了桥梁风致抖振响应时域分析。结果表明:该钢桁梁悬索桥在脉动风荷载作用下具有良好的抗风稳定性能。本研究思路及所得结果可以为该桥梁及其它类型悬索桥风致抖振分析及施工设计提供参考。     

钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁式构件可能会出现多种破坏模式，主要有弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏等。现有结构构件抗爆分析方法主要考虑爆炸荷载下结构构件的弯曲破坏，对直剪破坏和弯剪联合破坏研究较少，尤其缺少快速准确的抗爆分析方法。基于等效单自由度模型理论，改进了钢筋混凝土梁抗爆分析的直剪单自由度方法，提出了直剪、弯剪联合破坏的判定准则，给出了两种破坏模式下钢筋混凝土梁动态响应的计算方法。进一步考虑爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏，提出钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法，并给出了其分析步骤。该方法可以直接评估爆炸荷载下钢筋混凝土梁式构件的破坏模式，并计算其动态响应。通过有限元软件LS-DYNA数值模拟了不同爆炸工况下钢筋混凝土梁式构件的动态响应和破坏模式，与改进的等效单自由度方法的计算结果进行了对比，验证了提出的改进等效单自由度分析方法的正确性。     

爆炸荷载下预应力混凝土梁抗爆性能数值模拟

利用有限元软件LS-DYNA 对预应力混凝土梁在爆炸荷载作用下的力学性能进行数值研究。对4 组预应力混凝土梁在爆炸荷载作用下的抗爆性能进行数值模拟,研究预应力大小和混凝土强度对梁抗爆性能的影响。提取跨中最大位移、残余位移、裂缝形态、钢筋应力和支座附近混凝土剪应力,通过与相同爆炸荷载作用下无预应力混凝土梁的性能进行对比,得到预应力对钢筋混凝土梁抗爆性能的影响规律。     

某地锚式边缆多次张拉人行悬索桥施工控制及分析

依托某地锚式人行悬索桥实例工程,对该人行悬索桥的主塔、主梁、主缆的应力及变形进行监测控制,使主塔、主梁、主缆的实际内力分布与设计理想的内力状态一致。并应用Midas/Civil有限元分析软件对该人行悬索桥的施工过程进行实时检测。监测控制结果显示,人行悬索桥桥面标高相差最大的位置均为30#吊杆断面处,最大差值为B点0.8cm,其次是A、C点均为0.5cm;成桥时主缆标高测点差值为0.7cm;结构在施工过程中应力理论最大值为-2.6MPa,实测应力值和理论应力值差值很小,理论值和实测值最大差值为0.3MPa,有限元计算、设计要求与桥梁在施工进程中体现出来的应力结果基本符合,结构的应力状态良好;成桥状态时边缆的实测索力与设计索力相差最大仅为-1.8%;在整个施工过程中主塔始终处于安全状态。监测控制结果满足整体规范要求。     

基于Midas的悬索桥倒拆分析方法探讨

在悬索桥的设计及实际施工中,确定悬索桥空缆状态及各个施工阶段的状态是至关重要的。因此,需对悬索桥进行倒拆分析,以确定空缆状态下的主缆线形及相关受力状态。本文结合具体实例,确定成桥状态,利用桥梁结构有限元分析软件Midas Civil建立悬索桥分析模型,考虑几何非线性影响,进行悬索桥的倒拆分析,确定空缆时的结构状态,总结相关结论,为类似悬索桥的设计和施工提供参考依据。     

弧形与平面双钢板混凝土组合板抗爆性能对比研究

利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序分别建立了弧形与平面双钢板混凝土组合板的数值模型,对比分析了两种不同形式的组合板在近场爆炸作用下的抗爆性能、耗能及损伤机理.从损伤模式、跨中最大挠度和能量耗散等方面详细研究了不同形式组合板的破坏模式和爆炸响应,参数化分析了炸药量、混凝土强度和钢板厚度对其抗爆性能的影响.结果表明:在近场爆炸作用下,两种组合板均能保持良好的整体性,无混凝土飞散现象,未丧失承载能力,其中弧形双钢板混凝土(CSCS)组合板整体变形更小,混凝土吸能占比高,跨中挠度也更小,表现出更好的抗爆性能.参数分析表明提高混凝土强度和增加钢板厚度可以减小CSCS组合板的跨中挠度,提高组合板的抗爆性能.     

火灾下大跨度悬索桥承重构件静力分析

以某通车运营的大型悬索桥为工程背景,建立桥梁热分析模型与有限元力学模型。通过热分析,模拟不同车辆火灾下大型悬索桥主要承重构件的温度变化过程。通过对小汽车、客车和货车火灾时对主缆的影响,分析桥梁主要承重构件的应力、挠度的变化情况,找出桥梁主要承重构件高温下力学性能退化规律。为大跨度悬索桥设计和安全运营提供技术依据。     

关于中央扣对大跨径自锚式悬索桥动力特性的影响分析

基于ANSYS软件,建立了某主跨为406 m的大跨径自锚式悬索桥的三维有限元模型,并基于子空间迭代法对其自振特性进行分析。重点分析了不同形式中央扣的多精度模拟技术及不同形式中央扣模型对大跨径自锚式悬索桥动力特性的影响。结果表明:设置中央扣可以显著提高悬索桥的刚度;相对于其他柔性中央扣和无中央扣模型,刚性中央扣模型刚度最大。     

LS-DYNA在工程结构抗爆中的应用

工程结构抗爆是一个非常复杂、重要且急需解决的课题.基于大型非线性动力有限元软件LS-DYNA,对工程结构抗爆特性、爆破拆除以及抗爆设计进行研究,提供了一个有力的仿真计算工具,也很容易地解决了爆炸荷载难于处理的问题,为工程结构抗爆的研究工作提供了可靠的理论基础.