基于多尺度模型的树状结构支撑网壳分析研究

基于有限元多尺度建模方法,在软件中使用刚性连接方法连接了微观模型和宏观模型,使用实体单元建立受力复杂的节点,精确模拟了树状结构节点域的边界条件.对比研究简化梁单元模型与多尺度有限元模型的计算结果,结果显示节点刚度对于树状结构的稳定性影响很小,相贯节点内隔板可以有效增加节点刚度.研究表明梁单元不能精确模拟结构中受力复杂区域的受力状态,受力复杂区域采用高阶单元模型的多尺度有限元分析,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡.     

多尺度模型在贝壳形单层网壳分析中的应用研究

基于多尺度建模方法,在有限元分析软件中实现了局部模型和宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的节点用实体单元建立,利用ANSYS软件中的多点约束方程连接梁单元与实体单元,同时建立了双支座有限元模型,精确模拟了节点域的边界条件,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与温度荷载作用下的计算结果,结果显示梁单元不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对受力复杂区域应采用高阶单元建立模型。研究表明多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

“扬帆泰达”雕塑钢结构多尺度有限元分析

基于多尺度建模技术,在有限元分析软件中实现了局部细化模型和整体宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的关键节点用高阶单元建立,其余部分结构采用经典梁单元模型;利用ANSYS有限元软件中的多点约束方程连接梁单元与壳单元,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与风荷载作用下的计算结果,表明梁单元可近似模拟整体结构的力学性能,但不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对整体结构的关键构件应基于多尺度建模技术采用高阶单元建立模型;此外,还分别对梁单元模型及多尺度模型进行了模态分析,得到了高阶单元的引入对整体结构刚度的影响特征。研究表明:多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

基于多尺度计算异形节点钢框架结构抗震性能研究

本文利用多尺度计算的方法对使用外环板式不等高节点的钢框架抗震性能进行了研究,使用MARC有限元软件中的多点约束法连接宏观单元与微观单元,同时根据一系列杆件模型算例验证了有限元模型的可靠性。通过对同一个钢框架分别使用多尺度单元和梁单元进行模态分析和动力时程计算,验证了多尺度模型可以准确地模拟结构的地震响应。提出了一种改进型的不等高异形节点,并对5种不同节点参数下的钢框架进行了动力时程分析,结果表明,外环板能够显著改善节点区域的应力状态,新型异形节点可以使节点域的受力更加均匀。     

整体顶升钢屋盖网壳结构卸载过程模拟分析

针对大跨度钢屋盖网壳结构杆系众多、受力复杂,采用整体顶升施工方法时主体结构下方必须设置临时支撑,结构成型后拆除支撑会使结构体系发生重大转变及杆件内力重分布的问题,以天水市体育中心体育馆钢屋盖结构为例,建立精细化有限元模型,对所有节点和杆件按照不同规格分类分别赋予实际质量。利用ANSYS中的生死单元法跟踪模拟顶升施工全过程,以结构完全成型且未拆撑时的状态作为卸载过程的初始状态。采用约束方程法对整体分级同步和分区分步2种卸载方式进行模拟,对比不同卸载方式下所有千斤顶的内力值及应力值较大杆件的应力随卸载步的变化趋势。结果表明:受力复杂的大跨度网壳结构需制定合理的卸载方案并进行模拟分析,确保结构卸载过程的安全; 卸载时支撑处的部分拉杆变为压杆,应引起足够重视; 此类刚性大跨度结构的杆件应力在分区分步卸载过程中对位移变化较敏感,所以要严格控制每一步的卸载位移量; 约束方程法能实现对主体结构和临时支撑脱离再接触过程的真实模拟,为类似工程提供了可靠的卸载分析方法。     

杭州国会中心焊接节点试验的设计与分析

针对杭州国际会议中心梁柱焊接节点进行了试验的方案设计和结果的有限元对比分析.在方案设计中,为比较真实荷载和简化荷载对节点引起的差异,通过有限单元法进行了数值模拟.通过对节点1/3缩尺模型试验的跟踪测试,得到了节点表面各测点的应力分布及测试值,测试结果表明节点的强度满足3倍设计荷栽的要求.采用有限元软件模拟了不同受力状态下节点的弹塑性计算分析,测点的实测应力和有限元分析结果基本吻合,表明有限元分析的结果能真实反映节点的实际受力性能.两者之间的相互印证表明可以由有限元分析数据推断由于试验限制而不能测量的节点内部的应力数值及分布情况.最后对节点的受力性能和安全性做出了评价.节点试验表明在数倍设计荷载作用下,构件及节点的承载和变形能力都较强,并体现了"强柱弱梁,节点更强"的设计理念.所采用的试验方法和计算手段可供类似的工程应用参考.     

多层大悬挑钢结构施工全过程仿真分析研究

内蒙古伊旗全民健身体育中心工程上部结构采用多层大悬挑结构。大悬挑桁架根部应力高度集中,是结构的关键部位;位于悬挑桁架上弦处的楼板受拉、下弦处的楼板受压,楼板浇筑时机对结构体系受力、楼板本身受力状态有非常大的影响。采用Midas/Gen软件建立有限元模型,通过单元的“激活”与“钝化”建立施工过程的力学模型,对主体结构的施工安装过程、楼板刚度形成次序及关键构件安装次序进行计算模拟,分析了施工过程中结构内力变化及变形,得到了最佳施工安装方案。该方案在临时支撑部分卸载后安装悬挑根部构件,使关键构件内力得到优化,有效解决悬挑根部应力集中问题;在临时支撑完全卸载后浇筑桁架上弦处楼板,有效地减小了位于桁架上弦处混凝土楼板的拉力。     

结构多尺度有限元模型分析及应用

针对宏观单元及微观单元的优缺点,研究了多尺度模型计算的特性。基于变形协调条件,利用ANSYS软件建立了不同尺度单元间的耦合约束方程,并采用梁单元,多尺度模型,以及实体单元分别建立一管柱模型,验证了该方法的可行性。最后分别采用梁单元及多尺度单元建立一3层RC框架结构模型,采用静力推覆分析研究了两个模型的整体受力及变形情况,并对底层柱的应力分布进行了研究,发现多尺度模型在界面耦合处应力过度自然,应力分布与梁单元模型吻合较好。为今后结构分析计算提供了一种简单有效的手段。     

120m钢管混凝土拱桥拱脚局部应力分析

拱脚位于拱肋与系梁相交节点处,承受着拱肋与系梁等多个方向传递的内力,其受力状态将使相应的节点构造变得比较复杂。本文采用Midas/Civil建立整桥施工的梁单元模型,提取最不利受力状况下的拱脚内力,在Midas/FEA中建立拱脚的局部实体单元模型,分析拱脚在不利荷载工况下的应力状态。结果表明:哑铃拱肋锚固端易引起周围混凝土产生裂缝。     

大跨度钢桁架梁焊接拼接节点加固设计及监测分析

大跨度钢桁架常采用工厂分段制作、现场焊接拼接连接的方法进行施工安装,杆件拼接连接焊接施工质量直接影响结构承载能力和结构安全性。针对工程检测中发现的杆件拼接焊接的严重质量缺陷,考虑构件受力特点,采用腹板补强增大截面法进行焊接拼接节点加固。为了验证加固设计的有效性,对构件焊接拼接节点处的受力性能进行数值模拟分析和施工过程节点应力状态监测。通过对比分析数值模拟结果与钢桁架梁焊接拼接节点处应变实测结果,验证钢桁架梁采用腹板补强增大截面法进行焊接拼接节点加固的传力有效性。     

单层空间网格结构抗连续倒塌的多尺度有限元模型分析

采用多尺度有限元模型对单层空间网格结构进行抗连续倒塌分析，综合了不同类型单元在有限元分析中的优点，有利于提高计算精度，合理确定不同类型单元之间的连接是确保其计算精度的关键。以两个单层空间网格结构的典型子结构拟静力试验结果作为校验，探讨了多尺度有限元模型在空间网格结构抗连续倒塌分析中的应用，提出了基于位移一致原则的不同尺度单元之间连接关系建立方法。以此为基础，完成了Kiewitt与Geodesic单层球面网壳的抗连续倒塌分析。研究结果表明：采用所提出的位移一致原则，连接界面与微观响应区域保持适当距离，可以得到结构计算的最优近似解；多尺度有限元模型在节约计算资源的基础上能够得到正确、合理的计算结果，采用刚性节点假定能够进一步减少模型的单元数量；多尺度有限元模型分析能够更为细致地显示局部应力分布，寻求网格结构失效的起始位置。此外，由多尺度有限元模型所建立的空心球节点，能较好地模拟结构的实际受力工况。     

节点刚域对钢管输电塔主材受力的影响

为了研究节点刚域对主材受力的影响,将主材及其相关节点视为微观尺度模型,采用壳单元离散,将输电塔的其余部分作为宏观尺度模型,采用梁/杆单元离散。根据平截面假定推导了位移约束方程来实现微观尺度模型和宏观尺度模型的连接。6座输电塔的多尺度有限元分析结果表明:节点刚域对输电塔主材的轴力影响很小,而对弯矩影响较大。因此,对于弯曲应力与轴向应力比例较大的主材,可以考虑采用多尺度模型来分析,以考虑节点刚域对主材受力的影响。     

分离式环梁提升烟囱钢内筒的有限元分析

采用分离式环梁提升烟囱钢内筒时,钢内筒受力状态不同于其使用时,因而对钢内筒需要加固,同时还要保证吊装各构件的安全,但相关验算在规范和手册中均没有参考。本文利用ABAQUS有限元软件对这一吊装过程进行有限元模拟,分析了钢内筒、倒牛腿、环梁和下锚固垫板等主要构件的受力和变形特征,并与附壁式环梁模型进行了对比。分析表明,各构件应力较小,吊装过程安全可靠,多数构件具有较大的优化潜力。重力荷载在环梁上分布不均匀。当分离式环梁整体刚度相对于钢内筒大的多时,采用节点耦合的简化计算模型对结果影响并不大。分析结论对设计起到了一定的指导作用,实际吊装过程也证实了本分析的正确性。     

穿心暗牛腿钢管混凝土柱单梁节点空间非线性有限元分析

钢管混凝土柱与梁的节点构造和受力分析是钢管混凝土柱研究与应用的关键技术。利用“Ansys”有限元分析软件 ,对穿心暗牛腿钢管混凝土柱与现浇钢筋混凝土梁的单梁节点进行了空间非线性有限元分析 ,研究了垂直对称荷载作用下该节点内的应力分布情况和内力传递机理 ,并与试验结果进行了比较 ,结果表明 ,建立的有限元模型较为准确地揭示了结构的实际受力特点。根据分析结果 ,给出了节点构造的改进意见     

高耸钢管塔的节点应力分析

在高耸钢管塔结构设计中，常规的钢管节点简化计算理论过于粗糙，使设计人员不能了解节点局部区域的受力状态，从而在设计中无法准确把握结构设计的安全系数。因此，以一个钢管塔的初步设计为例，应用有限元软件分别采用板壳单元、实体单元两种计算模型对钢管节点的局部应力进行了分析，并与简化计算理论的结果对比，得出了一些分析结论，对该类结构的设计具有重要的实用价值。     

中广核大厦超长悬挑钢结构施工阶段监测及计算模拟分析

中广核大厦结构形式新颖,其北楼自10层到屋顶层为悬挑钢结构,采用大悬臂钢桁架结构体系。该超长悬挑钢结构重量大,卸载施工过程中,结构受力状态经历突变,转换节点应力状态复杂。为了保证结构安全,对该超长悬挑钢结构进行了施工阶段监测及施工模拟分析。分析及监测结果表明:中广核大厦超长悬挑钢结构转换节点受力状态合理;通过桁架受力机制很好地控制了悬挑结构的应力水平及变形幅值;结构受力状态与设计意图相符。验证了采用施工仿真模拟-现场监测-施工后补充分析的方法,可以合理地指导施工方案的确定、保证施工安全及质量、有效地验证设计意图的实现状况,是一种保证重要结构安全性的综合方法,该监测系统和方法可以用于类似的大型钢结构工程的实施。     

体外预应力节段预制试验梁力学性能数值分析

提出一种有限元模型,用于体外预应力节段预制试验梁力学性能数值分析。该有限元模型用ANSYS通用分析软件中的SOLID65单元建立试验梁的3D实体模型,以接触单元模拟节段之间的干接缝,用节点耦合法实现体外预应力束与混凝土梁之间的连接。考虑混凝土材料非线性和几何非线性,通过数值模拟分析揭示试验梁的结构行为、混凝土接缝处的应力变化规律和裂缝张开情况。该有限元模型研究了预应力配束形式、体外预应力二次效应和转向处滑移对试验梁弯曲力学性能的影响。数值分析揭示了在荷载300kN以前,节段接缝处于受压状态;在300kN以后,裂缝张开是影响试验梁力学性能的主要因素。研究结果可用于预制节段桥梁的设计。     

国家游泳中心钢结构施工卸载过程及运营期间应变健康监测及计算模拟分析

空间结构施工卸载过程和运营状态受力是十分复杂的。本文在对100余种工况受力分析的基础上,依据应变传感器位置选择原则,首先设计国家游泳中心(简称"水立方")应变监测系统;其次,建立水立方施工卸载过程模拟的有限元模型和运营状态的有限元模型;采用应变监测系统和有限元模型分别监测和模拟水立方施工卸载过程关键杆件的应力变化,以及脚手架的应力变化全过程,分析关键杆件应变变化规律。在此基础上,对水立方运营阶段的温度变化及其产生的应变进行监测,并采用有限元模型进行温度变形计算。结果表明,监测期间,水立方其他荷载较小,温度是主要控制荷载,随温度升高,应变增加,最高温度达到75℃,最大温度应变变化接近500με。     

某高层复杂结构常规单元模型与多尺度模型弹塑性时程对比分析

某钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土核心筒结构位于7度抗震设防区域,钢管混凝土叠合柱与钢筋混凝土框架梁采用环梁节点连接,地上结构43层,高度为198.9 m。为研究该超限复杂结构的抗震性能,并探究多尺模型的建模方法,首先采用数值模拟软件ABAQUS建立结构常规单元模型,之后针对钢管混凝土叠合柱环梁节点建立精细单元模型,将其植入到整体结构模型中完成多尺度模型建模。对两种模型进行7度罕遇地震作用下弹塑性时程分析,结果表明采用多尺度模型可同时获得整体结构在动力作用下的响应以及环梁节点在地震下的细观损伤,证明了多尺度模型建模方法的正确性,也为实际工程应用多尺度模拟技术提供了借鉴。     

GFRP-混凝土组合桥面的多尺度分析模型研究

文章提出了一种新型GFRP-混凝土组合桥面,它由双层GFRP板和现浇混凝土组成.为了分析桥面板的力学性能,建立了考虑T形肋局部构造的多尺度有限元分析模型.利用约束方程,将实体单元与壳单元进行了节点自由度耦合连接.同时,建立了组合桥面的实体单元和壳单元有限元分析模型,并与多尺度有限元分析模型比较了应力和跨中挠度.分析结果表明,多尺度有限元分析模型能有效地模拟组合桥面的受力特性,准确反映GFRP板与混凝土交结点处的局部应力,减少了单元数量,显著地节省了计算时间.