考虑断丝影响的桥梁拉索力学特性研究

拉索安全性关系索支承桥梁的安全运行与服役寿命,由于拉索老化、腐蚀、断丝等原因,拉索断丝成为拉索损伤的主要形式之一。在半平行钢丝拉索非对称断丝损伤模型的基础上,通过数值计算重点讨论了非对称断丝条件下断丝位置、螺旋角、钢丝间摩擦系数等参数对拉索内钢丝拉力分布及轴向刚度的影响。结果表明,非对称断丝引起的截面内钢丝拉力不均匀分布明显,螺旋角和钢丝间摩擦系数对拉索轴向刚度影响较大,应用并联模型设计计算时,误差较大,计算结果偏于不安全。     

筏板-桩-土相互作用的三维弹塑性有限元分析

通过无厚度的接触面单元模拟筏板–桩–土之间的非线性接触特性,同时采用Drucker-Prager弹塑性本构模型描述土的非线性特性,对桩筏基础进行了三维弹塑性有限元分析,得到了筏板–桩–土接触表面上法向应力和摩擦应力的分布以及桩周土体塑性变形发展情况。在此基础上,对筏形基础中筏板和桩的承载力分担比进行了分析。计算结果表明,随外荷载的增大,桩的承载力分担比增大,筏板的承载力分担比减小,但两者的变化幅度不大。     

筏板–桩–土相互作用的三维弹塑性有限元分析

通过无厚度的接触面单元模拟筏板–桩–土之间的非线性接触特性，同时采用Drucker-Prager弹塑性本构模型描述土的非线性特性，对桩筏基础进行了三维弹塑性有限元分析，得到了筏板–桩–土接触表面上法向应力和摩擦应力的分布以及桩周土体塑性变形发展情况。在此基础上，对筏形基础中筏板和桩的承载力分担比进行了分析。计算结果表明，随外荷载的增大，桩的承载力分担比增大，筏板的承载力分担比减小，但两者的变化幅度不大。     

斜拉索分析统一理论及其应用

通过对现有各种斜拉索分析理论进行分析,基于悬链线索单元理论,将斜拉桥单索问题分成两类,提出了斜拉索分析的统一理论。该理论可以精确、统一地求解斜拉桥计算中几乎所有的单索静力问题,可方便地将悬链线索单元引入斜拉桥施工阶段和使用阶段的分析中。根据悬链线索单元理论和等效弹模法,对比分析了不同长度、不同应力水平的斜拉索的各种特性。计算结果表明:水平长度超过400 m的斜拉索的非线性将急剧增大,采用等效模量法模拟斜拉索将引起较大的误差;有些误差即使增加计算的荷载步个数也无法减小。超大跨度斜拉桥施工阶段分析中建议采用高精度的悬链线索单元模拟斜拉索。     

轴向力作用下Galfan拉索截面径向位移分析

以Galfan拉索为研究对象,采用ABAQUS软件对6种规格钢绞线拉索在轴向力作用下的索截面径向位移进行了数值模拟分析。分析结果表明,各规格Galfan拉索轴力在(5%～70%)的最小破断力F_u范围内时,拉索轴力与外层钢丝径向位移有着明显的线性关系,并通过数值模拟分析结果,拟合得到线弹性阶段内各规格Galfan拉索最外层钢丝径向位移的计算公式,可为拉索结构的索夹优化设计提供依据。     

索托节点预应力摩擦损失影响因素研究

对索托节点摩擦性能进行力学分析及ANSYS模拟分析。通过对不同拉索转向角、不同摩擦系数、不同张拉力情况下索托节点的预应力损失进行对比分析,总结了各因素对索托节点预应力损失的影响,同时提出了用弹簧模拟预应力摩擦损失时预应力摩擦损失率计算公式。结果表明,索托节点预应力摩擦损失与摩擦系数、拉索张拉力及拉索转向角有关;索托节点预应力摩擦损失率与摩擦系数及拉索转向角有关,与张拉力无关;随着拉索转向角增大,摩擦系数减小,预应力摩擦损失率增大;预应力摩擦损失率计算公式与有限元计算结果相吻合。     

开挖问题摩擦效应的有限元计算方法

 采用有限单元法计算砂性土中的开挖卸载,根据既有的散粒体材料开挖应力释放和弹塑性卸载理论研究成果,将卸载过程中材料荷载–位移曲线的非线性等效成为开挖荷载的逐步释放,该过程卸荷模量与加载模量一致,在此基础上推导了用卸荷刚度表示的计算域内开挖荷载计算式;同时,根据现有试验结果将八面体剪应力引入以表征单次加卸载情况下颗粒间的摩擦作用力,并利用虚功原理建立了颗粒间摩擦作用与卸载应力释放特性的关系,将应力释放效应对开挖荷载的影响等效成为修正开挖卸载阶段材料的弹塑性本构关系矩阵,从而实现了考虑卸载摩擦效应的开挖问题计算方法。从节点平衡方程的推导来看,开挖荷载对整个计算区域均有影响,和应力释放效应存在对应关系;设计了砂的室内单向加卸载模型试验,并采用该有限元方法对室内模型试验进行模拟,结果表明,单次加卸载过程中计算曲线可以较好的反映对应试验条件下土体的应力释放特性,计算结果与现有的理论研究成果的认识相符合,该方法对开挖问题的描述具有一定的可行性。     

密闭索索夹节点抗滑移影响因素及索丝应力分布研究

密闭索因为其优势被逐渐应用到实际工程中,而密闭索索夹节点作为索结构中重要的连接节点,其抗滑移影响因素及索丝应力分布仍缺乏研究.通过数值模拟方法,将拉索类型、螺栓数量和索径对索夹节点抗滑移影响进行了分析,并通过建立密闭索、平行钢丝束和钢绞线的精细化模型,分析了索夹滑移过程中索丝的应力分布情况.结果表明：螺栓数量、索径和拉索类型对索夹滑移都有明显的影响;密闭索和钢绞线在索夹滑移过程中索丝应力变化较大,索夹滑移方向一侧索丝应力减小,另一侧索丝应力增大,而平行钢丝束由于HDPE保护层的作用,索丝应力并未发生明显变化.     

起重机械中钢丝绳的损伤对其破断拉力影响分析

起重机械中钢丝绳会存在磨损、腐蚀、断丝等损伤现象,致使其在吊装过程中经常发生断裂而引发伤亡事故。本文针对常用的6×19M-WSC单层股钢丝绳结构,考虑钢丝之间的接触行为,利用有限元软件建立钢丝绳仿真实体模型,对比分析单根钢丝、"1+6型"及"1+6+12型"钢丝绳的破断拉力计算值与规范值的大小,总结钢丝绳破断拉力计算规律;并采用断丝模拟钢丝绳的损伤情况,研究钢丝绳的损伤对其破断拉力的影响,进一步为起重机械中钢丝绳的使用提供相应的参考依据。     

两种不同有限元模型的拉索弯曲性能

由于拉索内部的力学性能比较复杂,采用有限元方法进行拉索分析。对于钢绞线的有限元模型,目前多采用Solid164单元来进行建模,而对于半平行钢丝束拉索的有限元模型,目前多采用Pipe16单元来进行建模。该模型的特点是由短梁单元和弹簧单元组成。分别采用Pipe16单元和Solid164单元来建立拉索模型,分析了两种有限元模型的弯曲荷载-挠度曲线和拉索的有效弯曲刚度,并与试验数据进行了对比分析。结果表明,对于无预应力条件下,Pipe16单元的模型结果与试验数值误差比Solid164模型的要大;对于有预应力条件下,两种不同的有限元模型结果与试验数据都比较接近,误差很小。因此,采用Solid164单元建立的模型,可以用于对半平行钢丝束的弯曲性能研究。     

悬索桥索夹部位主缆钢丝之间非线性关系的分析模型

为了简化悬索桥主缆数量庞大的钢丝之间强烈的几何非线性与接触非线性关系,并研究高强螺栓紧固力在钢丝之间的传递规律。借鉴均质化思路,以主缆-索夹紧固系统表现出来的宏观力学性能为基础,利用试验结合有限元分析的方式,建立主缆在柱坐标下纵向、径向和环向三向异性的有限元实体模型,采用三向异性的均质材料代替主缆系统的平均特性,并在2组试验上分别进行探索和验证,得到三向异性等效材料的应力 应变关系。结果表明:主缆索夹接触面的摩擦力沿着索夹长度方向呈条带状分布;高强螺栓的紧固力经索夹传递后,在主缆横截面内呈现层状分布,中间小,表面大;对比试验验证了在主缆紧固研究中等效材料具有通适性。     

桥梁拉吊索用不锈钢钢丝腐蚀性能及斜拉索时变可靠度研究

对零应力普通镀锌钢丝和施加0%,20%,30%,40%强度的应力不锈钢钢丝,分7,20,40 d进行中性盐雾试验,研究零应力普通镀锌钢丝和不同应力水平下不锈钢钢丝的质量损失率、强度、延性和断口形貌的变化。通过算例分析了分别采用普通镀锌钢丝和不锈钢钢丝作斜拉桥拉索时可靠指标随时间的变化。结果表明:零应力下普通镀锌钢丝的质量损失率是不锈钢钢丝的30倍以上;不锈钢钢丝的质量损失率随着应力的增加而增加,高应力下的不锈钢钢丝更容易腐蚀;短期腐蚀对钢丝的极限强度影响不大,不锈钢钢丝随着应力的增加延性变差;随着腐蚀的增加,普通镀锌钢丝和不锈钢钢丝的拉伸端口呈现出脆性增加的趋势,普通钢丝的端口形貌由微裂纹向长宽裂纹发展,而不锈钢钢丝由于腐蚀较轻,只是出现了微裂纹;采用普通镀锌钢丝作斜拉桥拉索时可靠指标随时间的下降速度比采用不锈钢钢丝快。     

Untersuchungen zur Längssteifigkeit von Stahlstützen mit kastenförmigem Querschnitt

Experimental tests and theoretical analyses of longitudinal stiffness of closed cross‐sections steel columns. In structures made of thin‐walled elements it is of great importance to establish how the compressed elements change their stiffness while loading increases. Nonuniform change of longitudinal stiffness induces change of force and stress redistribution. More ductile elements take less loading and more stiff, tensed, ones are being overloaded. Columns with closed cross‐sections, box cross‐sections and hollow circular cross‐sections need to be distinguished from steel elements with longitudinal stiffness decreasing while loading increases. Shortening of column working in elastic‐plastic phase comes from material compression, cross‐section walls buckling and increased displacement of column as a whole. Imperfections that depend on fabrication process of cross‐section have a great influence on stiffness variation of an element. It can be designated, among other factors, from the equilibrium paths of tested elements. Those equilibrium paths, up to the limit point, were obtained by applying incremental method of numerical integration of equilibrium equations assuming initial displacements and residual stresses of column's walls and initial displacements of column's axes. Some numerical analyses were calculated using FEA software LUSAS. All theoretical analyses were verified by experimental tests carried out by the authors with full scale elements: box cross‐section columns – length 5280 mm, cold‐formed welded cross‐section columns – length 2000 mm. The research results and analyses by others were also used.     

Geometry and friction of helically wrapped wires in a cable subjected to tension and bending

Helically wrapped wire cables were first introduced to overcome the difficulties in transporting and installing straight wires. Presently, helically wrapped wire cables are used as the important load-carrying elements in many structures such as suspension bridges, cable-stayed bridges, tall guyed towers, power transmission lines, and flexible electrical conductors. In design and analysis, cables are traditionally assumed to carry axial load only; thus, studies on the bending behavior of the cables have been limited. Although the small curvature assumption of the cable may be valid for most part, the possible development of a large curvature at the bearings and anchorage cannot be ignored nor avoided. In this study, an analytical model was developed for the helically wrapped wires in a cable subjected to tension and small bending, with full consideration of the helically wrapped wire geometry. Using the developed model, an approximate upper limit of the cable curvature -for which the conventional Bernoulli-Euler-Navier kinematic beam assumption can be adapted to evaluate the stress in the wires-was obtained.     

大渡河桥隧道锚力学响应研究及承载力判定

隧道锚作为悬索桥锚碇形式的一种,具有工程量小、承载力大和对周边环境影响小的特点。为探究大渡河特大桥雅安岸隧道锚在巨大缆力作用下的力学响应规律和预测隧道锚极限承载能力,建立了大型非线性数值模拟模型,系统、细致地监测了施加缆力前后锚塞体单元主应力,锚塞体与围岩的相对位移,以及锚塞体整体位移以及锚塞体后端面的塑性区随缆力施加的变化趋势,并提出了一种基于锚塞体整体位移和锚塞体后端面塑性区的预测隧道锚极限承载能力的分析方法。最终得出施加缆力后,锚塞体最大主应力由大变小,最小主应力绝对值由小变大的力学规律,并通过超缆力分析预测大渡河特大桥隧道锚的极限承载力为7倍缆力。     

对电线电缆截面积标称值的理解

针对不同规范对电线电缆截面积的不同要求展开讨论.电线电缆及其导体标准明确对截面积不做考核,仅作为参考.而建筑节能方面标准简单地将标称值等同于标准值,使得实际上满足产品标准的电线电缆,应用到建筑节能工程中反而被判为不合格,所以在建筑节能规范中应剔除对截面积的硬性要求,改为参考值.     

2008奥运会羽毛球馆新型弦支穹顶预应力大跨度钢结构设计研究

2008奥运会羽毛球馆屋盖钢结构采用弦支穹顶结构体系,由上弦单层网壳、下弦环索与径向拉杆、竖向撑杆组成。在设计中建立屋盖钢结构和下部看台结构整体有限元计算模型进行结构分析。在综合考虑工程的重要性、结构几何力学特点、预应力损失、施工缺陷等多种因素的基础上,对恒荷载、活荷载、雪荷载、风荷载、温度作用、地震作用等工况进行组合,分别进行结构施工阶段及结构使用阶段的内力、变形和体系稳定分析。在大量计算和分析基础上,对结构几何体系和构件进行了优化设计。在设计中运用单元逐次激活技术,模拟预应力张拉施工过程,并考虑施工临时脚手架刚度的影响进行施工模拟分析。对于索撑节点采用三维实体有限元分析方法,运用接触分析技术,计算索撑节点预应力摩擦损失,并结合施工监测,确定预应力损失值;采用非线性弹簧系统,模拟索撑节点预应力损失并研究了其对整体结构的影响。     

形状记忆合金对混凝土梁驱动效应分析

着重研究形状记忆合金偏心埋置于混凝土梁后 ,合金在逆相变过程中对梁变形的驱动效应。研究了合金预应变值、配置量及直径粗细、混凝土龄期、通电激励模式、试件养护方法及截面尺寸等因素对于梁变形性能(合金驱动效应 )的影响规律。试验结果表明 :合金在逆相变过程中能对混凝土梁产生很大的驱动力 ,使得对梁挠度值的主动控制与调整成为可能 ;可以按需要增加预应力值 ,以补偿预应力损失等 ;合金的预应变值、配置量、通电激励模式、直径粗细等因素对于合金的驱动效应有较大影响。     

输电塔不等边角钢交叉斜材稳定承载力研究

对一种输电塔常用平面节间进行了真型试验,研究了不等边角钢交叉斜材在一拉一压受力情况下的稳定承载力与破坏模式;采用ABAQUS有限元软件对不等边角钢斜材试件进行模拟,验证了有限元模型的可靠性,并进而研究了不同内力比值、钢材强度、截面规格对斜材承载力的影响规律。结果表明:试验中不等边角钢失稳模式主要为面外屈曲。当斜材处于一拉一压时,压杆承载力随拉力增加而增大;当斜材处于同时受压时,极限承载力随着两杆压力比值的增加而减小;在同时受压状态下,提高材料强度对承载力的提高不会起到显著的作用;增大肢厚或平面内和平面外肢长均能使承载力提高。基于以上分析,提出了可供参考的不等边角钢交叉斜材的计算长度修正系数,并与现有规范进行了比较。     

钢丝裂纹扩展估算模型及其在预腐蚀疲劳寿命计算中的应用

为给桥梁缆索高强度钢丝损伤容限分析提供实用的裂纹扩展计算参数,根据钢材相关试验的结果统计了珠光体钢丝门槛值ΔKth和裂纹扩展计算数据,建立适用于不同屈服强度和应力比的钢丝裂纹扩展经验模型。在此基础上,提出基于一维裂纹扩展假定的预腐蚀钢丝疲劳寿命预测方法,并对锈蚀钢丝恒幅和变幅疲劳寿命进行实例分析。结果表明,珠光体钢材的屈服强度和门槛值之间的相关性随着屈服强度和应力比的提高而增强|提出的钢丝裂纹扩展模型和初始裂纹深度假定可较好地模拟腐蚀钢丝恒幅疲劳试验的离散性和疲劳极限性质|腐蚀钢丝变幅疲劳评估结果对门槛值变化较敏感|按保守门槛值的预测寿命显示,轻微均匀锈蚀钢丝若及时采取养护措施,可在桥梁常规检修期内继续使用。