大运会主体育场施工过程力学模拟与分析

大运会主体育馆为一大跨度单层折面形空间网壳,其建筑形态比较复杂,施工过程中的结构形式和设计成形状态下有很大差别;施工"路径"会对最终成形的竣工状态产生不同的内力和变形,与设计状态下的分析结果有较大差别,需在结构设计和施工中加以考虑.对大运会主体育馆建立有限元模型,运用施工力学的方法,按照实际的施工顺序进行施工全过程的力学模拟和分析;跟踪施工过程中结构的内力和变形的累积发展过程,分析施工过程对主体结构的影响,保证施工过程中结构的安全性,并使竣工时结构的内力和变形满足设计的要求,为设计和施工提供理论依据.     

大跨度空间结构施工过程力学行为的研究

传统的结构设计一般只考虑结构在建成后运营期间受力状态是否满足要求,而未考虑施工过程中结构的受力特性,但施工状态与设计状态下的结构有很大差异。为了解决这一问题,应用非线性时变有限元方法来考虑施工过程中结构的时变效应,通过对一算例进行施工过程分析,全过程跟踪分析各施工阶段的力学性状,得出施工过程杆件内力和节点位移的演变规律,得出不考虑施工过程的时变效应对结构设计偏于不安全的结论,最后为大跨度结构的设计和施工提出指导性的建议。     

新型"人字"支撑复合结构空间静力性能分析

针对用于代替黏土砖住宅结构的新型"人"字支撑复合结构进行了空间建模分析及其空间结构静力性能分析.通过建模分析,提出了空间楼板单向传力的建模方法,解决了有限元软件无法模拟单向板的问题.然后计算了新型复合结构在六种静力荷载组合工况作用下的内力和位移,结果表明,空间复合结构在各种荷载组合工况下,其梁的最大挠度小于规范值,顶点最大水平位移及最大层间位移均小于框-剪结构的规范限值;梁、柱、支撑仅需要构造配筋,其受力主要考虑"恒载 满跨活载"及"恒载 0.9(风载 满跨活载)"组合工况.因此空间复合结构具有良好的刚度和受力性能.     

索穹顶结构施工全过程分析

采用非线性时变有限元法,对索穹顶结构在各施工阶段的力学性状进行了全过程跟踪分析,得出施工过程杆件内力和节点位移的演变规律.计算结果表明,部分杆件在施工过程中的最大内力超出设计值的47%,得出不考虑施工过程的时变效应对结构设计偏于不安全的结论,最后为索穹顶结构的设计和施工提出指导性的建议.     

超大跨度自平衡预应力索杆球面网壳结构的设计与分析

目的为实际工程应用设计具有空间刚度的自平衡预应力结构单元.方法结合已有的大跨预应力网壳研究结论和自平衡结构体系的特点设计结构的网格尺寸、高度和厚度,利用ANSYS大型有限元分析软件进行结构计算和静力分析.结果经过合理的构件截面设计,在外载作用下,结构最大的拉索应力为1382.1 MPa,最大的压杆应力为-254.58 MPa,最大竖向位移为-1.66 m;结构内力和变形都在允许的范围内,且无杆件失稳现象.结论单元拼装式自平衡预应力结构在超大跨度空间结构应用是可行的,设计应综合考虑网壳厚度、预应力值、索杆截面变化引起的索杆应力变化.     

空间曲线蝶形拱桥顶推施工的多尺度模拟分析

采用实体退化单元精确描述构件几何特征,结合多尺度建模的思想建立杭州钱江八桥全桥精细有限元模型进行施工过程仿真分析.施工阶段仅考虑自重荷载,约束条件为多跨连续梁,最大顶推跨径为94 m.分析结果表明：最大拉应力约为307.2 MPa,最大压应力约为306.7 MPa,均位于前导梁箱型截面段与双工字钢截面段的交接处,在施工过程中主桥结构未出现应力过大情形;主、副拱肋应力及变形呈现空间变化特性,截面角点应力的变化规律具有一定的对称性;主、副拱连杆对结构的受力有明显影响;主梁最大应力为-280.4 MPa,施工中主梁未出现屈服现象.     

索支撑五、六边形网格单层球面网壳结构研究

文章利用有限元软件3D3S和ABAQUS,以六边形对角布索方案建立了跨度50m,矢跨比1/5的索支撑五、六边形网格单层球面网壳和相应的单层球面网壳的数值模型,对其杆件应力比、刚度、动力特性和稳定性进行了比较研究.结果表明,该类型索支撑单层球面网壳的力学性能均优于相应的五、六边形网格单层网壳结构;索支撑五、六边形网格单层网壳的杆件分布相对较为稀疏,具有较好的建筑视觉效果.     

地震作用下高厚比对钢板剪力墙影响分析

考虑钢板的高厚比在地震作用下对多层钢板剪力墙的影响,采用有限元法建立了四层单跨钢板剪力墙和四层三跨钢框架-钢板剪力墙抗侧力分析计算模型,对钢板剪力墙进行了应力和位移的分析.结果表明,钢板的高厚比对结构的抗震性影响较大;四层三跨钢框架-钢板剪力墙结构比四层单跨钢板剪力墙结构的抗震性能好;建议一般情况下,多层单跨钢板剪力墙钢板高厚比的取值为λ=200 ～ 300,多层多跨钢板剪力墙钢板高厚比的取值为λ=200～400.     

高墩大跨曲线刚构桥最大悬臂与成桥阶段稳定性分析

以高墩大跨曲线刚构桥为研究对象,基于欧拉稳定理论,利用空间有限元法,考虑可能的不利荷载工况,对最大悬臂状态和成桥运营阶段的结构稳定性进行计算分析.结果表明:最大悬臂状态是施工过程中最不稳定的状态;对该桥结构稳定性起控制作用的是恒载,活载、风荷载、温度等对桥梁稳定影响不大或者比较小;在悬臂浇筑阶段,曲线刚构桥墩顶的横向位移显著增大,在成桥阶段时影响较小,尤其是风荷载的影响;得出高墩大跨曲线刚构桥墩高、曲率半径与稳定特征值之间的关系,为同类桥梁的设计、施工及线性监控提供参考.     

位于“V”型峡谷桥址的连续刚构桥风冲击模型与抗风设计

风荷载作用效应的精确分析是对＂V＂型峡谷桥址处平衡悬臂工法施工的高墩大跨连续刚构桥的结构安全性的重要保证。以1座最高主墩153 m,跨径组合85 m＋4×160 m＋85 m的连续刚构桥为例,依据其桥址处的风环境确定了上、下部结构的风冲击模型,并在最大悬臂工况下与静风荷载进行对比分析后对桥的抗风构造进行了优化。结果表明：高墩的位移与应力,构造的动风载模型效应比静力风载的大3倍以上;增加的风撑横系梁构造可最大减小墩顶的应力与位移的73.9%;墩顶在最大悬臂阶段出现侧向最大位移11.9 cm,桥墩墩底截面拉应力1.65 MPa,虽未超过容许值,但应考虑采取适当的抗风措施。     

大空间网架结构火灾全过程模拟

网架结构是大空间建筑的重要结构形式之一,对网架结构进行火灾下的受力性能分析是网架设计与修复加固的重要内容.现以某实际工程网架结构为研究对象,应用FDS流体模拟计算软件,分析获得网架各节点温度-时间曲线,并考虑防火涂料对钢材实际受热温度的影响,运用ABAQUS有限元结构分析软件,对网架结构在火灾过程中受力性能、位移变化及塑性应变发展状况进行分析研究,依据结构鉴定等级标准判定过火结构的损伤程度,提出修复建议.     

深埋交叉隧道动态施工力学行为研究

分离式独立双洞之间的横通道开挖,再一次引起主隧道围岩和支护结构的应力释放与重分配,引起交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化。结合高地应力区深埋隧道工程,通过3D弹塑性有限元数值仿真模拟,分析横通道不同施工方案和动态施工过程对主隧道围岩与初期支护结构力学行为的影响。分析结果显示,横通道的开挖对围岩应力和位移影响较大,对交叉侧主隧道侧壁初期支护应力及交叉对侧主隧道侧初期支护3σ和XY平面的剪应力影响较大。为深埋隧道交叉段监控量测系统的设计、施工方案优化及安全控制提供了依据。     

水工隧洞混凝土衬砌地震动响应过程分析

地震作用下水工隧洞混凝土衬砌结构的动态响应是工程设计和安全评估的重要内容,而建立科学合理的混凝土动力本构模型以及内水与衬砌动力耦合作用分析方法是衬砌结构抗震研究的关键环节。基于应变空间静力损伤本构的基本思路,对三维应力状态下混凝土静态拉、压损伤变量进行定义和求解;在此基础上,考虑静、动态荷载作用下混凝土本构关系曲线的相似性特点,建立了适宜编程的混凝土动态损伤本构模型。基于单相固体介质和流体介质动力分析的显式有限元法,结合耦合界面的边界条件,建立了水工隧洞内水与衬砌耦合作用的动力显式有限元分析模型,该方法可以直接进行逐步积分,无需联立方程组求解,大大简化了计算过程,可以方便地用于分析多种介质的波动传播问题。针对某水电站引水隧洞工程进行了实例分析,计算结果表明：1)各部位混凝土衬砌处于同步震动状态,但腰拱部位位移明显小于顶拱和底拱部位;2)地震作用下混凝土衬砌迅速进入损伤开裂状态,腰拱部位衬砌应力增加明显,损伤破坏严重;3)开裂破坏区由腰拱逐渐向两端扩展,与内水直接作用的内层衬砌结构是抗震设计的薄弱环节。该模型能够合理地反映水工隧洞混凝土衬砌的地震动响应特性,并为水工隧洞抗震设计提供了一种有效的分析方法。     

微光夜视仪空间棱镜架有限元热分析

空间棱镜架是单管双目微光夜视仪机械结构重要组成部分,其设计的好坏直接影响夜视仪系统成像质量和整机性能.文中基于有限元分析理论,利用ANSYS研究了单管双目微光夜视仪空间棱镜架的温度场及热应力.通过建立结构三维有限元分析模型,计算棱镜架温度场分布,对热应变和热应力进行求解,完成空间棱镜架有限元热分析.在满足工作环境从-30℃到50℃变化条件下,对比有限元热分析求解结果,选取改性聚苯醚作为结构最终材料,改进初始结构,完成夜视仪空间棱镜架设计.     

索穹顶结构初始状态确定与成形过程分析

在研究索穹顶结构的零应力状态、施工初始几何状态基础上,着重分析了索穹顶结构的施工成形过程几何形状和单元内力变化规律,揭示索穹顶结构的初应力产生机理以及施工过程中体系的变化特征.由于索穹顶结构成形过程涉及机构运动和单元内力分析、机构位移和弹性变形耦合,采用常规的有限元方法不能求解,而非线性有限元力法是一种有效的计算方法.结果表明,在索穹顶结构成形过程中,从开始很长时间内所有单元内力均处于较低水平,此时结构是一种机构状态,节点位移主要是刚体位移.当所有索进入工作状态时结构的体系从机构转变为具有一个自应力模态的、可刚化的稳定体系,各单元的内力迅速增大.说明了索穹顶结构的成形过程,也是预应力生成的过程.     

皮带抽油机机架的结构优化设计

通过三维ANSYS软件建立皮带抽油机机架的三维模型,运用该软件对皮带抽油机架结构进行分析,得到机架最大应力和位移的分布云图,由分析结果得到一些结论。在此基础上对抽油机机架进行结构优化,提出3种改进结构模型,对3种结构模型进行分析,得到相应的位移和应力分布云图。结果表明:即使抽油机的结构设计符合要求,也可进行进一步的结构优化,更改斜支撑结构和角钢型号,对主要受力位置进行改进,改善受力状态,结构会更趋于合理,经济适用。     

基于有限元的长管拖车气瓶瓶肩结构分析

为了改善长管拖车气瓶瓶肩的受力状态,尝试在长管拖车气瓶瓶肩添加一种矩形环凸形结构,运用ANSYS软件分别模拟了环凸形结构离肩距为10 mm~55 mm、长度为40 mm~130 mm、宽度为6 mm~24 mm范围内的最大位移、最大等效应力和最大轴向应力,最后与长管拖车气瓶瓶肩不添加环凸形结构的结果对比分析. 结果表明:长管拖车气瓶瓶肩添加环凸形结构可以改善气瓶的受力状态,减小最大位移大约3.3%,最大等效应力大约10%,最大轴向应力大约5%,气瓶受力状态与环凸形结构位置、长度和宽度大致呈线性关系,这种设计为长管拖车气瓶的优化设计提供了参考.     

界面点源和半圆柱在直角域中的反平面散射

为得到直角域中垂直边界上的半圆柱对点源载荷的反平面弹性动力学解析解,按照镜像方法和波函数展开法,研究了点源对半圆柱的稳态散射以及其与边界的相互作用,得到直角域中的位移场和应力场.首先,延拓直角域为半空间,延拓半圆柱为圆柱,得到等价问题;其次,构造位移波的波函数级数表达式;最后,对圆柱边界做Fourier展开,定解波函数系数.数值计算了圆柱边沿的动应力,结果表明,半圆柱的散射总是明显地分为投射侧和隐蔽侧,相对低频总是能引起更大的动应力,介质参数对径向动应力和周向动应力的分布,有着截然不同的影响.理论分析得到的稳态解丰富了SH波散射的理论,为双相介质界面圆柱的SH波散射的Green函数方法奠定了基础,数值算例为相应的工程问题提供了参考.     

施工阶段内力与变位叠加法及其应用

把使用阶段的结构作为受力计算对象是目前空间结构设计的常规做法,结果使得结构的最终内力、变位等与施工方法及其施工过程无关,这不符合工程实际,而传统的有限元法并没有提供能解决该问题的相应公式,提出的施工阶段内力与变位叠加法,对传统有限元法作了改进,使计算结果符合空问结构施工的实际工况,同时该计算方法还能全过程跟踪分析结构在施工各阶段以及施工完毕时的内力、节点变位和支座反力,以一座采用移动支架法施工的柱面网壳为例,用该方法计算并通过数据比较说明了常规设计方法误差存在的程度和原因,指出了空间结构设计考虑施工方法及其过程的重要性。