拱型波纹屋盖在风与雪作用下的有限元分析

以W666型拱型波纹屋盖为研究对象，对30m跨波纹拱在不同矢跨比，支座边界为固支的条件下进行风荷载、雪荷载作用几何非线性有限元分析？结果表明，波纹拱在风荷载作用下结构的变形是非对称的；在风荷载值相同的情况下，由于半跨雪荷载加在风压一侧，加重了波纹拱迎风面的风荷载，结构变形比全跨雪荷载作用时大，结构承载力相对降低。这些结论为波纹拱的设计、研究和应用提供了一定的参考依据。     

全跨和半跨荷载组合下两铰抛物线钢拱平面内承载力计算方法对比

全跨和半跨荷载组合作用下钢拱结构内力分布会随荷载比例发生较大变化。现有钢拱结构平面内稳定承载力计算式多是针对各单一加载模式进行分析得到的,缺乏对其在全跨和半跨组合荷载下适用性的充分考虑。针对此不足,以两铰抛物线钢拱结构为研究对象,考虑荷载组合比例、矢跨比、截面等不同参数的影响,对比分析了现行钢拱结构技术规程方法、基于完善拱模型的有限元方法和基于一致缺陷拱模型的有限元方法等多种方法的承载力计算结果。分析结果表明：当全跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计会较为保守;而当半跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计则会偏于不安全。     

无铰抛物线拱非线性稳定分析

基于有限元程序ANSYS 10.0,在考虑几何非线性和材料非线性的情况下,对无铰抛物线拱进行了弹塑性全过程的屈曲分析.将拱结构初始缺陷和矢跨比作为主要影响因素,分析其对无铰抛物线拱失稳极限承载力的影响.计算结果表明：无铰抛物线拱初始缺陷越大,失稳极限承载力越小;随着矢跨比的增大,无铰抛物线拱失稳极限承载力先增大后减小,存在一个理论上的最优矢跨比.     

斜靠式钢管混凝土异形拱桥非线性稳定分析

斜靠式拱桥是在无风撑拱桥基础上发展起来的一种新型拱桥结构型式.针对此类钢管混凝土异形拱桥的特点对其非线性稳定求解机理和方法进行了分析介绍,以一座拟建的大跨径斜靠式拱桥为例,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分工况对其成桥状态进行了线弹性、几何非线性和双重非线性稳定分析计算.同时分析了其主要结构参数(矢跨比、斜拱倾角、横撑数量及位置)对非线性稳定性的影响.计算分析发现:斜靠式拱桥的失稳形式一般表现为面外拱肋侧倾失稳;几何非线性对斜靠式拱桥稳定极限承载力影响较小,要准确的分析其稳定极限承载力必须采用双重非线性的分析方法;横向静风和桥上荷载分布对结构稳定有一定影响而对结构变形影响显著;结构稳定性与矢跨比和斜拱倾角增加均成正比,靠近拱脚和L/4处横撑对结构稳定性影响较大.     

竖向荷载下弹性支承直墙拱反弯点理论分析

在工程实践中,直墙拱应用较多。由于拱脚位移的存在,合理假设拱脚约束为转角约束、竖向约束和水平弹性约束,应用力法推导出了在弯矩、剪力和轴力共同作用下直墙拱沿弧长的弯矩公式。研究了竖向均布荷载、竖向三角形荷载和竖向集中力荷载作用下,直墙拱沿弧长的弯矩分布及反弯点形成的规律;发现在3种荷载作用下,使得拱脚弯矩为零时的圆心角依次减小。取弹簧支座刚度为等效的下端固支、上端允许水平位移的直墙的抗推刚度,得出了随着直墙高度增加,圆弧拱拱顶弯矩增大而拱脚弯矩减小的变化规律。在直墙拱的设计中,建议选取合适的直墙高度和使得圆弧拱拱脚弯矩为零的圆心角大小,从而有利于提高结构抗弯承载力及拱脚抗剪承载力。     

层板胶合木拱的蠕变屈曲

目的研究蠕变对层板胶合木拱的稳定承载力的影响规律．方法通过建立层板胶合木的蠕变本构模型,推导应力-应变的迭代计算公式,结合ABAQUS有限元软件,编制描述胶合本蠕变行为的用户材料子程序UMAT,提出判断拱发生蠕变屈曲的双重条件,用有限元法分析不同跨度、矢跨比和截面规格的层板胶合木拱的蠕变屈曲特性．结果得到了层板胶合木拱的荷载水平与蠕变屈曲临界时间呈指数衰减的关系．当荷载水平为40％时,蠕变屈曲临界时间接近15N;当荷载水平为35％时,蠕变屈曲临界时间增大到接近60N;蠕变屈曲承载力-临界时间曲线在35％的荷载水平处出现一条水平渐进线,荷载水平在35％以下,木拱不会发生蠕变屈曲．结论层板胶合木拱蠕变屈曲临界时间只与荷载水平相关,不受跨度、矢跨比和截面规格的影响．胶合木拱的长期稳定荷载为瞬时稳定荷载的35％．     

钢管混凝土拱的面外徐变稳定性分析

为研究混凝土徐变对钢管混凝土拱面外稳定的影响,提出了一种面外徐变稳定的数值分析方法,该方法将混凝土徐变分析的修正龄期有效模量法和有限单元法进行结合,通过引入时变的初始几何缺陷描述钢管混凝土拱在任意时刻的徐变变形,并将该缺陷引入有限元模型求解面外徐变稳定承载力．基于该方法,以已有的钢管混凝土拱试验模型为基本研究对象,讨论了持荷水平、长细比、矢跨比、横向扰动力、截面含钢率和混凝土加载龄期对面外徐变稳定承载力的影响．计算结果表明:该方法具有较好的有效性和适用性;不同参数对钢管混凝土拱面外稳定承载力影响的差异较大,其中长细比、截面含钢率和混凝土加载龄期的影响较大,而矢跨比和横向扰动力的影响相对较小;徐变导致钢管混凝土拱面外稳定承载力的降低幅度可达13.8％,设计时应予以考虑．     

C80高强混凝土柱在反复荷载作用下的抗剪性能

通过1根C40普通混凝土柱与4根C80高强混凝土柱在竖向轴压力和水平反复荷载作用下的抗剪性能试验,深入研究了混凝土强度等级、剪跨比、轴压比和配箍率等因素对柱的破坏形态、滞回性能、位移延性及受剪承载力的影响.分别采用中国规范GB50010—2010、美国规范ACI318—08、加拿大规范CSA—04及桁架-拱模型对钢筋混凝土柱的受剪承载力进行计算,并与试验值进行对比分析.结果表明:对于小剪跨比钢筋混凝土柱,上述规范受剪承载力计算公式均偏于保守;由于考虑了拱效应,桁架-拱模型较其他规范对钢筋混凝土柱受剪承载力的预测更为准确.     

某大型体育场桁架拱罩棚整体稳定性分析

以青海省州德令哈市体育场桁架钢拱罩棚结构为研究对象,利用通用有限元软件对桁架拱结构进行了整体稳定性分析,同时考虑了初始缺陷、荷载作用范围及拱脚约束形式等因素对桁架拱结构整体稳定性能的影响.在对结构进行特征值分析的基础上,利用非线性有限元分析方法,通过结构的荷载-位移全过程曲线分析结构稳定性能的基本规律.结果表明:初始缺陷的选取对结构稳定性有较大影响;结构在半跨荷载作用下的稳定性比满跨时略低,在半跨荷载作用下对初始缺陷更为敏感;支座刚度的增大可适当提高拱结构的整体稳定性.     

钢管混凝土系杆拱桥温度应力的数值模拟分析

采用通用软件ANSYS计算钢管混凝土系杆拱桥拱肋结构各控制截面在温度荷载作用下的内力与应力值，并通过改变矢跨比和拱轴系数将不同设计参数情况下的温度应力进行了对比。研究表明，钢管混凝土拱桥矢跨比和拱轴系数的变化对结构体系温差引起的拱顶截面轴力和弯矩的影响相当显著，而对1／4跨和拱脚各截面轴力和弯矩的影响则较小。     

拱脚位移对圆弧形拱管平面外稳定性影响的有限元分析

平面外失稳为圆弧形拱式跨越管道常见的失稳形式之一,为了解多荷载下圆弧形拱管的稳定性,利用ANSYS软件对正常工况下的圆弧形拱管受风荷载和竖直分布荷载的工况进行模拟,对拱脚位移对极限竖直分布荷载的影响进行有限元计算分析.分析结果表明,拱脚水平位移对极限竖直分布荷载影响最大,且存在极限竖直分布荷载随拱脚水平位移增大而迅速下...     

大跨中承式钢管混凝土拱桥的自振特性及稳定性

对一大跨中承式钢管混凝土拱桥分别进行了自振特性分析及稳定性分析,研究了设计荷载、拱肋矢跨比、拱面内倾角对大跨中承式钢管混凝土拱桥自振特性、弹性稳定性及弹塑性稳定性的影响。研究表明,降低拱肋矢跨比或将拱面内倾均可有效改善大跨钢管混凝土拱桥的横向面外刚度,提高结构的面外振动频率,并使结构稳定性呈现不同的变化规律。综合考虑自振特性及弹性稳定性两种分析结果比单纯依靠自振特性分析结果评价结构参数取值更合理。本文讨论的360m跨度中承式钢管混凝土拱桥矢跨比宜在1/4附近取值,拱面内倾角度不宜超过10°。     

集中荷载作用下FRP圆弧拱的面内非线性弹性失稳研究

本文开展了集中荷载作用下FRP圆弧拱的面内弹性失稳理论研究,基于能量变分原理建立了拱的非线性平衡方程,提出了FRP拱修正长细比计算公式,推导了拱失稳临界荷载解析解.通过有限元数值解验证了理论公式的正确性,着重分析了铺层角度、铺层厚度及矢跨比等设计参数对FRP拱失稳临界荷载的影响.研究结果表明,铺层方向显著影响拱的失稳临界荷载;对于单种角度铺层的截面,保证铺层总厚度不变条件下,仅增加铺层数量并不会引起失稳临界荷载量值的变化;拱矢跨比在1/10～1/3范围内变化时,失稳临界荷载随着矢跨比的增大而增大,且随着矢跨比的增加,增长速率逐渐下降.     

热弯钢管CFST-外包RC复合节点受力性能

为研究某体育馆新型复合节点的受力性能,以该体育馆大跨桁架结构弦杆钢管弯曲后竖直插入地下钢筋混凝土框架柱的拱脚为原型,设计了3个采用热弯圆钢管的CFST-外包RC组合节点,进行了节点在弦杆受压、腹杆受拉的复杂受力下加载试验与有限元数值模拟,研究了热弯钢管残余应力、不同弯曲角度以及弦杆根部钢管内是否填充混凝土等对节点破坏形态、承载能力等受力性能的影响。结果表明：热弯钢管CFST-外包RC组合节点的破坏形态主要为弦杆根部钢管的屈曲破坏,节点承载力取决于弦杆根部受压承载力;钢管热弯产生的残余应力降低了节点刚度且钢管弯曲角度越大节点刚度降低越大,但对承载力基本没有影响;钢管内填混凝土可以显著提高节点刚度和承载力,节点刚度和承载力随钢管直径增大而增大。     

脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

为了解单圆管钢管混凝土拱桥脱粘后受力模式改变带来的受力性能变化,采用有限元方法计算了脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥面内极限承载力的影响,基于完全脱粘计算假定,构造了钢管与混凝土之间的连接单元,编制了考虑几何、材料双重非线性的面内极限承载力计算程序,并对无初应力和成桥状态下4种荷载作用方式的面内极限承载力进行计算分析.结果表明:完全脱粘使跨中集中力、L/4集中力和半跨均布荷载作用下的面内极限承载力变化不明显;而使全跨均布荷载作用下的面内极限承载力降低较大.对于单圆管钢管混凝土拱桥,在全跨均布荷载作用下,完全脱粘使得面内极限承载力下降可达10%左右.     

不锈钢管中管钢管混凝土抗剪性能试验研究

冰荷载是严寒地区海洋平台的主控荷载,对海洋平台导管腿抗剪承载力要求较高。为研究影响不锈钢管中管钢管混凝土海洋平台导管腿抗剪承载力的因素,共制作了18根管中管钢管混凝土抗剪构件,研究外钢管材料、混凝土强度、空心率和剪跨比对管中管钢管混凝土抗剪承载力的影响。通过研究不同情况下构件破坏形态、承载能力、局部应变关系来分析试件内部变化情况发现:随着空心率的减小、混凝土强度的增加,构件抗剪强度均有所增大;剪跨比越大,其抗剪强度越小。结合试验情况,提出了管中管钢管混凝土抗剪承载力经验公式,并通过ABAQUS有限元建模软件进行分析验证,结果表明模拟与试验结果吻合良好。     

金属拱型波纹屋盖在风荷载作用下有限元分析

以W666型金属拱型波纹屋盖为研究对象,对不同矢高比Ⅱ、支座边界条件为铰支和固支的18m跨波纹拱在风荷载作用下进行了几何非线性有限元分析,并得出一些重要结论,这些结论为波纹拱的设计、研究和应用提供了一定的参考和借鉴。     

钢管混凝土哑铃形截面标准拱面外稳定分析

收集大量钢管混凝土哑铃形截面拱桥资料,对影响该类拱桥面外稳定的主要参素进行统计分析,参考实际桥例,构建既符合工程实际、又有代表性的哑铃形截面标准拱,并以标准拱为对象,进行面外弹性稳定的参数分析.结果表明:哑铃形拱的弹性稳定系数随着矢跨比增大而先增大后减小,在矢跨比为0.22~0.25时达到峰值;与钢管混凝土单圆管拱相似,哑铃形拱的面外稳定性随着宽跨比增大而先增大后减小;横撑布设形式不仅影响哑铃形拱弹性稳定系数,还会影响面外失稳模态;拱顶横撑对面外稳定性影响较小、边横撑影响较大;适当增大拱肋钢管直径,可有效提高哑铃形拱面外稳定性,增加截面高度对其面外稳定性的提高幅度很小;拱弹性稳定系数随着桥面刚度增大而增大,但桥面刚度超过一定值后,哑铃形拱的面外稳定性增速变缓.     

空间管桁架混凝土组合梁受弯性能试验研究

设计制作了空间管桁架混凝土组合梁,通过组合梁的试验研究,得到了荷载-跨中挠度关系曲线、组合梁沿梁长方向的挠度曲线以及组合梁跨中截面应变沿梁高变化曲线,对比有限元分析结果表明：组合梁纵向应变沿梁高近似符合平截面假定;在整个受力阶段钢管桁架和混凝土翼板共同受力性能良好;组合梁在荷载作用下的抗变形能力较强;管桁架节点受力复杂,节点承载力是结构承载力的控制因素;有限元模型可以真实地反映实际结构的受弯承载力和挠度发展的情况。     

台后设置拱形结构的无缝桥梁整体受力性能

基于实际连续预应力混凝土无缝桥结构的试设计,提出了一种台后设置拱形结构的新型整体式无缝桥梁。通过建立该新型结构的三维杆系计算模型与实体有限元模型,考虑桩基与桩周土之间相互作用,并按相似比原则设计半桥有机玻璃模型试验以验证模拟方法的正确性。采用经验证的数值模型建立台后设置拱形结构的全桥杆系模型与实体模型,分析矢跨比与桩长对桥梁整体受力性能的影响。分析结果表明:模型试验的位移和应力值与杆系模型差异分别为8%和21%,与实体模型差异分别为-3%和5.3%;随着矢跨比的增大、桩长的减小,拱脚所受的水平约束减小,拱顶的竖向位移相对减小,主梁所受的轴力逐渐减小,弯矩变化范围也逐渐降低。因此,选择桩长较短、矢跨比较大的无缝桥梁的整体受力性能更加优越。