大跨度斜拉立体桁架的极限承载力及影响因素分析

本文针对常用的斜拉立体桁架两塔柱三跨结构形式,基于UL列式,采用混合有限元,分别按空间（面外自由）和平面（面外自由度约束）两种模型,进行了线性、几何非线性、材料非线性以及同时考虑两种非线性的屈曲分析和比较,得出了结构的极限承载力。研究表明,空间模型比平面模型的安全因子低。线性屈曲和只考虑几何非线性屈曲两种模型的安全因子差别较大,而考虑材料非线性和双重非线性两种模型的安全因子比较接近。几何非线性对斜拉立体桁架的极限承载力影响较小,其结构极限承载力主要由材料非线性控制。立体桁架的塑性部位出现在塔柱附近的腹杆和弦杆,以及跨中附近的弦杆以及拉索附近的弦杆。此外,探讨了塔高、桁架高度、索距以及拉索刚度对结构极限承载力的影响,其中索距对结构的极限承载力影响最大。     

斜拉立体桁架极限承载力的双重非线性分析

斜拉立体桁架是一种有发展前途的大跨度杂交结构体系。针对两塔三跨和一塔两跨两种结构形式,基于UL列式,采用混合有限元模型,对该结构体系进行了几何非线性屈曲分析以及几何、材料双重非线性屈曲分析,得出斜拉立体桁架的极限承载力。计算结果表明,只有同时考虑结构的几何和材料非线性的屈曲分析方法,才能准确地评估出结构的极限承载力。同时研究了不同塔高、桁架高度、索距以及跨度对结构极限承载力的影响,从中得出了一些结论可供设计人员参考。     

斜拉立体桁架的几何非线性分析

斜拉立体桁架是一种有发展前途的杂交结构体系，不需增加结构高度和构件断面，就能比较经济地跨越很大的跨度。本文基于UL列式，结合斜拉立体桁架的特点，采用了空间梁单元、空间杆单元、拉索单元相结合的混合有限元模型，分别对1塔柱2跨和2塔柱3跨两种不同形式的斜拉立体桁架进行了几何非线性静力分析，研究了由于拉索的垂度、大位移以及二者都考虑引起的非线性效应，并和线性分析作了对比，最后得出了一些结论供设计人员在设计中参考。     

武汉某体育馆大跨度圆钢管拱桁架结构稳定性分析

武汉某体育馆屋盖采用圆钢管拱桁架结构,单榀拱桁架的截面形式为倒三角形,两端支承于立体钢桁架上,该结构的整体稳定性足设计的重点.考虑完善及带缺陷结构两种情况,对单榀及多榀拱桁架子结构进行线性屈曲、几何非线性稳定及弹塑性非线性稳定分析,得到了临界荷载与位移的关系曲线.分析结果表明,初始缺陷及几何非线性对该结构的稳定承载力影响不明显,而材料非线性的影响显著,加强平面外支撑对于提高结构的整体稳定性具有重要作用.     

斜拉网壳结构的非线性静力分析

斜拉网壳结构是一种新颖的杂交结构体系,是“刚性”和柔性基本结构结合的典型,可跨越更大的跨度。本文基于Taylor展开公式和变分原理,推导了具有二阶精度的空间杆单元新型几何非线性刚度矩阵。研究了斜拉索的非线性问题和塔柱简化计算问题。针对弹性和刚性支座,以及是否考虑塔柱共同工作等影响因素,借助孤长法,数值计算了斜拉柱面和斜拉穹顶网壳结构极限承载力问题;同时,分别与相应的网壳结构计算结果进行了比较,最后,得出了有应用价值的结论和建议。     

钢管桁架屋盖结构的极限承载力分析

对某体育馆的钢管桁架屋盖结构进行极限承载力分析,取用两种不同的模型,同时考虑几何非线性及材料非线性,采用逐步加载的方法,得到了荷载一位移全过程曲线。分析结果表明,该屋盖结构具有一定的安全储备,对结构的局部进行优化设计,既能满足承载力要求,又能取得较好的经济效益。     

相关屈曲对平面钢桁架柱屈曲性能的影响

利用ANSYS 14.0软件建立平面钢桁架柱模型,采用特征值屈曲分析和非线性分析方法模拟结构的整体屈曲、局部屈曲和相关屈曲（两种屈曲模式相互作用）.发现弦杆长细比对整体屈曲临界力PE和局部屈曲临界力P1的大小起控制作用,当PE＞P1时,屈曲模式的相互作用降低了结构的极限承载力;当PE＜P1时,屈曲模式的相互作用不仅降低了结构的极限承载力,还改变了结构的初始后屈曲性能.     

悬挑立体桁架的平面外稳定分析

利用ANSYS对悬挑立体桁架分别进行静力稳定分析,几何非线性分析和材料非线性分析,并研究几何缺陷对结构承载力的影响。同时考虑不同节点连接形式(刚接、半刚接、铰接)对结构极限承载力的影响。通过研究发现,几何非线性对结构承载力的影响较小,但初始缺陷的影响较大;三种节点连接形式下结构承载力差距较大,刚接形式下承载力最大,半刚接次之,铰接形式下结构承载力最小。     

倒三角形高强钢可移动桥梁极限承载力影响因素分析研究

倒三角形高强钢可移动桥梁是一种新型桁架结构体系,因此有必要对其整体稳定性进行深入的研究。基于已有的BS700高强钢材料性能试验,提出了有限元模型使用的材料模型。建立了51 m跨度桥梁的有限元模型,并与实桥加载试验进行了对比,验证了有限元模型的精确性。在综合考虑材料和几何双重非线性的基础上,进行桥梁的非线性屈曲分析,得到桥梁的极限承载力和稳定安全系数。然后对影响桥梁极限承载能力的因素进行分析,分析结果表明:上弦杆、桥梁高度是影响桥梁极限承载力的重要因素,其中上弦杆1的影响最大;车辙宽度、下弦杆和斜腹杆对桥梁极限承载力影响较小,直腹杆的影响略大于斜腹杆的影响。     

斜拉网架的结构特性及其设计应用研究

在简述斜拉网架的构成原理及其工程应用的基础上,根据考虑几何非线性影响的斜拉网架分析程序,通过模型试验和大量算例对此类结构的计算模型和结构在不同布索形式、不同塔柱形式、不同斜拉索刚度和不同塔柱刚度等情况下的静力特性进行了分析研究.文中还介绍了浙江大学司令台斜拉网架的设计与施工.并提出了一些可供工程设计参考的意见.     

钢桁架拱桥非线性稳定性分析

在经典地考虑材料和几何非线性的稳定理论上,采用通用有限元分析软件SAP2000分析了一座钢桁架拱桥,计算结果表明,几何非线性对其稳定性影响很大,同时材料非线性也不可忽视。     

Nonlinear analysis of 3-D steel frames

In this paper, a nonlinear analysis of three-dimensional steel frames is developed. This analysis accounts for material and geometric nonlinearities. The material nonlinearity considers the gradual yielding associated with member forces. The geometric nonlinearity includes the second-order effects associated with P-δ and P-Δ. The material nonlinearity at a section is considered using the concept of the P–M hinge consisting of many fibers. The geometric nonlinearity is considered by the use of stability functions. The modified incremental displacement method is used as the solution technique. The load–displacement relationships predicted by the proposed analysis compare well with those given by other approaches.     

任意截面钢筋混凝土长柱在双向弯曲及轴向作用下的承载力分析

提出任意截面钢筋混凝土长柱在双向弯曲及轴向作用下承载力分析模型 ,同时考虑了材料非线性和几何非线性对柱承载力的影响。混凝土和钢筋的本构关系用三次多项式模拟。所推导的单元刚度是材料非线性刚度、几何刚度以及位移 -内力相互作用矩阵的简单迭加。所建立的标准有限元模型很容易与其它有限元模型兼容。理论分析结果与实验结果吻合较好。     

张拉整体结构静力性能的参数分析

应用非线性有限元理论,对预应力态和荷载态的张拉整体结构进行了分析。将结构离散为空间索和杆单元,考虑单元的几何非线性,建立了近20个模型,分别就两种工况进行了大量计算。研究了几何外形、预应力、跨度、矢跨比等参数对结构非线性的影响程度,并把线性与非线性结果进行了比较,得出了有益的结论,为结构的动力分析奠定了基础。     

材料非线性对独塔斜拉桥静力分析的影响研究

综合考虑几何及材料非线性的影响,利用有限元分析软件ANSYS,建立了吉林市临江门独塔斜拉桥实体单元有限元模型,对斜拉桥关键部位进行了非线性静力分析,结果表明,考虑材料非线性影响后塔梁固结处及主梁的应力和位移平均增大10％,索应力最大相差20％,因此对于中小跨度斜拉桥应考虑材料非线性的影响。     

Nonlinear inelastic response history analysis of steel frame structures using plastic-zone method

A beam–column element formulation and solution procedure for nonlinear inelastic analysis of planar steel frame structures under dynamic loadings is presented. The spread of plasticity is considered by tracing the uniaxial stress–strain relationship of each fiber on the cross section of sub-elements. An elastic perfectly-plastic material model with linear strain hardening is employed for deriving a nonlinear elemental stiffness matrix, which directly takes into account geometric nonlinearity and gradual yielding. A solution procedure based on the combination of the Hilber–Hughes–Taylor method and the Newton–Raphson method is proposed for solving nonlinear equations of motion. The nonlinear inelastic time-history responses predicted by the proposed program compare well with those given by the commercial finite element package known as ABAQUS. Shaking table tests of a two-story steel frame were carried out with an aim to clarify the inelastic behavior of the frame subjected to earthquakes generated by the proposed program. A more practical analysis method for seismic design can be developed by comparing it with the presented frames for verification.     

Study on spatial effect of concrete-filled steel tubular KK-joints

为研究钢管混凝土空间相贯节点的空间效应,通过精细化有限元模拟对钢管混凝土空间相贯节点的受力性能进行了研究。建模时考虑了材料非线性、几何非线性、钢管与混凝土之间的接触非线性,建立了钢管混凝土KK形相贯节点的精确有限元模型,研究了空间效应对节点承载能力和破坏模式的影响。结果表明：钢管混凝土空间相贯节点的承载力远高于钢管空间相贯节点;钢管混凝土空间相贯节点和平面相贯节点的破坏模式相同,破坏模式有两种,一种是主管管壁冲剪破坏和受压支管屈服联合破坏,发生在支管管壁较薄的情况,另一种是主管管壁冲剪破坏;空间效应对钢管和钢管混凝土相贯节点承载力的影响不同,对于钢管混凝土相贯节点,支管空间夹角60°的节点承载力较平面节点有所降低,在设计时应该考虑空间效应的影响;空间效应对钢管混凝土空间相贯节点刚度影响不大。     

悬索桥的几何非线性问题及其有限元分析

首先简述了几何非线性的基本理论,介绍了国内外在几何非线性有限元法方面的研究进展,并分析了其求解的一般过程。最后对一大跨度悬索桥进行施工全过程有限元模拟。结果表明,几何非线性效应对大跨度悬索桥的施工影响显著,在悬索桥的设计分析中必须充分考虑。