基于有限单元法的墩柱钢模板仿真分析

为准确分析某高架桥梁混凝土墩柱钢模板结构体系的受力特性,通过采用有限元数值仿真软件Midas Gen进行建模分析,横向及竖向檩条采用梁单元模拟,模板面板及竖向连接板均采用板单元进行模拟。计算结果表明,钢模板结构体系的构件强度、整体刚度均符合要求,论证了模板方案的可行性。     

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。     

列车荷载作用下铁路斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥的索-梁相关振动,基于拉索非线性振动理论,开发了有限元索动力单元,该单元在静力计算中为普通直杆单元,动力特性计算中可以计算拉索局部自振频率,动力时程计算中可以计算拉索非线性振动与整体结构振动的相互作用;编制了计算程序,建立了大跨度铁路斜拉桥有限元模型,同时使用索动力单元模拟斜拉索,最后研究了列车通过斜拉桥时梁、塔的带动下拉索发生索-梁相关振动的特性。结果表明:对于大跨度铁路斜拉桥,列车在设计速度范围内通过桥梁时索-梁相关振动不会导致拉索产生大幅振动。     

钢支撑有限元模型刚度取值研究

目前常用数值方法模拟基坑支护、开挖,钢支撑大多采用梁单元进行模拟,其刚度通常按支撑圆管截面计算确定,但实际工程中,活络头特殊的构造和锁定方式削弱了钢支撑刚度。运用ABAQUS分析了考虑活络头构造的实体单元钢支撑和常规梁单元钢支撑刚度,提出了钢支撑刚度修正建议。基于实际工程,对钢支撑刚度修正前后有限元模拟结果与实测结果进行对比分析,结果表明,钢支撑刚度折减后有限元模拟结果更接近工程实测值,有限元模拟中采用梁单元钢支撑时应对其刚度进行折减,折减系数可取0.38。     

斜拉桥空间有限元精细化建模技术研究

斜拉桥是桥梁结构中比较复杂的一种,由于有塔墩和斜拉索的作用,结构处于高次超静定状态。斜拉桥结构分析以往大多采用平面杆系模型或三维梁格单元模型,很少有人采用索单元和三维实体单元建立斜拉桥全桥模型进行结构分析。采用梁格单元模型分析斜拉桥无法准确模拟主梁抗扭刚度、剪力滞、偏心荷载作用等,在做斜拉桥荷载试验时很难获得全桥任意车列荷载作用下,空间位置测点的理论计算结果。本文将详述利用交通部公路科学研究院开发的桥梁检测分析系统QLJC建立斜拉桥的索单元和实体单元组合的精细化斜拉桥有限元全桥模型,其中拉索用2节点索单元离散,主梁和塔墩用实体单元离散,拉索、主梁和塔墩单元之间通过节点位移约束方程连接。采用的实体单元是12节点等参元,它更适合于桥梁这种横向尺寸小纵向尺寸大的细长结构,这是一种切实可行的斜拉桥空间分析方法。本文给出了一些动静力分析的结果。     

在役T构桥梁的有限元模型修正

有限元模型修正是建立精确的基准有限元模型的基础。以在役T构桥梁——324国道乌龙江大桥为工程背景,利用ANSYS软件建立了全桥结构的三维有限元模型,进行了结构静、动力数值模拟分析,并与实测结果进行了比较;结果表明,未修正的有限元模型计算结果与实测结果存在较大误差。通过参数灵敏度分析,确定了对桥梁结构静、动力特性影响均较大的参数;采用零阶和一阶算法,基于自振频率与静力挠度组合的目标函数,对乌龙江大桥有限元模型进行了修正。修正后的有限元模型能较真实地反映结构的实际状态,可作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准有限元模型。     

基于结构精细化模拟分析平台的弯剪纤维单元模型

为模拟钢筋混凝土柱在轴力、剪力和弯矩耦合作用下的非线性滞回特性,利用显式中心差分法,建立一种基于显式算法的弯剪纤维单元模型,并引入到结构精细化模拟分析（RSAPS）平台中。该模型基于Timoshenko梁理论,材料模型选用基于修正斜压场理论（MCFT）的二维钢筋混凝土本构模型。应用RSAPS平台分别模拟往复荷载作用下发生弯曲、弯剪和剪切破坏的钢筋混凝土柱的滞回性能,并将分析结果与试验和未考虑剪切变形的纤维单元模型模拟结果进行对比。结果表明：对于发生弯曲破坏的构件,由于剪切变形较小,未考虑剪切变形的纤维单元和弯剪纤维单元均可以较好地模拟构件的滞回性能;而对于发生弯剪破坏和剪切破坏的构件,采用未考虑剪切变形的纤维单元模型,会高估构件的初始刚度和耗能能力,也会高估其受剪承载力;而所提出的弯剪纤维单元模型能较好地模拟构件的刚度和承载力退化,同时,也能较好地模拟滞回曲线中的捏缩现象,模拟结果与试验结果吻合较好。     

V构—拱组合桥的动力特性分析

在桥梁结构的动力分析中,结构的固有频率和振型、阻尼是其重要的动力特性。而桥梁结构的动力特性与结构本身材料、结构形式、支撑条件等有关。本论文采用有限元软件MIDAS,对某城际轨道V构-拱组合桥建立空间模型,进行动力特性计算分析。本模型主梁、桥墩结构采用变截面的三维空间梁单元进行模拟,吊杆采用桁架单元模拟,钢管混凝土拱肋采用组合截面单元模拟,支座采用弹性连接模拟。计算得出结构的前9阶的频率和模态,研究成果为本桥的动力测试提供了理论计算数据。     

基于能量变分剪切效应空间梁单元刚度矩阵及荷载列阵推导

为了系统研究空间梁单元考虑剪切变形影响时的刚度矩阵及荷载列阵,将能量变分原理应用于空间梁的单元分析。建立了考虑剪切效应的空间梁单元位移函数,利用最小势能原理导出了这种空间梁单元的刚度矩阵和荷载列阵的表达式,显式积分得到单元刚度矩阵,同时计算了平面内部分非节点荷载作用下的等效节点荷载,修正了相关文献中的部分错误。计算结果表明:该方法所得到的单元刚度矩阵与相关文献中其他方法的计算结果完全一致,为编制空间巨型结构的有限元程序奠定基础,对推算其他类型单元刚度矩阵及其荷载列阵也具有理论意义和应用价值。     

刚度差异桥墩抗震性能影响研究

采用Midas-Civil建立三维的空间梁单元全桥模型,计算桥梁在E2地震作用下因桥墩刚度不均对墩底的内力及结构自振频率的影响,建议山区桥梁设计时按有限元全桥模型试算后选择最合理的截面尺寸。