直线连续钢箱梁受力性能研究

应用有限元软件Midas建立了普通连续钢箱梁有限元分析模型,并对试验梁加载全过程进行仿真分析改为“应用Midas／Civil土木结构专用分析与优化设计软件建立普通连续钢箱梁有限元分析模型,并对制作的1个2跨直线连续钢箱梁加载全过程进行分析”,将有限元计算值与试验值进行比较,从而验证了有限元模型建立的正确性,并可以利用Midas对预应力连续钢箱梁作进一步的分析。利用Midas所建的有限元模型对预应力连续钢箱梁的荷载一位移曲线、正应力云图、跨中截面正应力进行了详细的分析。利用Midas所建的有限元模型,研究了预加力大小、梁的跨高比对预应力连续钢箱梁受力性能的影响。     

上海源深体育馆预应力张弦梁优化设计与试验研究

探讨了预应力张弦梁的挠度限值、有效预应力以及下弦钢索的安全系数等设计原则问题,并提出了有关设计建议。在此基础上,基于有限元软件ANSYS 9.0对上海源深体育馆预应力张弦梁的矢跨比、上弦截面尺寸与钢索面积等主要设计参数进行了分析优化,并采用一阶方法对钢索的有效预应力进行了优化设计。以优化后的结构方案为原型,通过缩尺模型试验和非线性有限元分析,对原型结构的预应力张弦梁在张拉阶段、正常使用阶段以及承载力极限阶段的全过程受力性能进行了研究。结果表明,上海源深体育馆预应力张弦梁结构具有良好的受力性能和较大的安全储备,非线性有限元计算值与试验结果吻合良好。     

预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压尺寸效应研究

为研究尺寸效应对预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压性能的影响,基于已有钢带加固柱轴压试验,建立有限元分析模型,有限元分析结果与试验结果的验证表明两者较为吻合。在此基础上,研究构件相似时,不同截面尺寸对钢带加固构件轴压性能的影响,结果表明:相似构件抗压强度提升幅度和轴向刚度提升幅度随构件截面尺寸上升而下降,通过引入尺寸效应系数,建立考虑尺寸效应的钢带加固柱轴压承载力计算式,计算值与模拟值吻合程度较好。     

上海铁路南站外柱异形铸钢节点承载性能研究

对上海火车南站站屋结构外柱铸钢节点的受力性能进行相关研究,制定足尺试验和有限元数值分析结合、相互验证的研究方案.针对节点体型复杂、尺寸重量庞大、不易加载等特点,设计出自平衡加载系统;同时为解决实际工作中节点受力面的非理想状态,考虑不同加载情况.建立铸钢节点的数值模型,利用有限元分析模拟节点在试验荷载下的受力性能.数值模拟的结果在试验设计阶段对测点布置起指导作用;足尺试验可以得到铸钢节点表面的应力测试值,通过比较铸钢节点表面实测值和相应测点分析值,对应力实测值和计算分析值进行相互印证.在实测值与计算值符合较好情况下,由有限元计算结果推断节点内部应力分布.最后对铸钢节点在整个结构体系中的承载性能和安全性做出了评价.     

基于效率系数的组合钢桁梁优化设计方法

组合钢桁梁具有桁架结构的受力特征,同时还受节点性能和板桁组合作用的影响,受力机理复杂。传统有限元优化方法无法兼顾杆件和节点,为对组合钢桁梁设计方案进行快速、准确地优化,提出了一种基于效率系数的优化设计方法。在采用杆系有限元模型进行初步分析基础上,根据结构内力分布相似的假定,以杆件和节点承载力效率系数为优化指标对构件进行优化,再将优化方案代入有限元模型进行验证。以矩形钢管混凝土组合桁梁连续梁桥既有通用图集为依托工程,进行设计方案优化。结果表明:组合钢桁梁空间效应等因素产生的弯曲应力可达组合应力的15%～42%,弯矩产生的影响不可忽略,在计算杆件效率系数时应将弯矩和轴力同时考虑在内; 效率系数可直观反映组合钢桁梁构件应力状态,快速定位优化构件,还可依据杆件截面特征将优化方案细分至板件层面; 所提优化设计方法可对组合钢桁梁的节点和杆件进行统筹优化,避免反复进行有限元试算,显著提高优化计算效率。     

异形空心构件螺栓端板连接节点设计与制作

国外某高铁站屋盖钢结构的主要构件采用十字形、U形等异形截面,主要节点均采用摩擦型高强螺栓端板连接,具有避免现场焊接、安装方便和施工快捷等优点。但由于采用内法兰连接时在端板附近要开手孔,会削弱构件在端板附近的截面尺寸,导致节点受力异常复杂。采用常规计算方法无法准确评估手孔对节点承载能力的影响,故采用考虑接触和螺栓预拉力的非线性有限元方法进行分析。对结构中3种关键螺栓端板连接进行了受力分析,总结出节点的受力性能和破坏形式,供结构设计与施工参考。     

预应力简支钢箱梁的数值仿真分析

根据预应力简支钢箱梁的受力特性,考虑预应力索与钢箱梁的相互作用,建立了有限元计算模型,有限元计算值与实测值吻合较好。基于有限元分析软件ANSYS,对所建模型进行了全过程仿真计算,并对梁的荷载—位移曲线,跨中截面应力以及跨中截面应变进行了较为详细的分析。     

钢筋混凝土柱弯剪性能尺寸效应非线性有限元分析

基于8个不同截面尺寸钢筋混凝土柱的单调加载试验,采用有限元软件ABAQUS对其进行了弯剪性能尺寸效应分析。通过合理选择材料本构关系及破坏准则,有限元分析得到的荷载-位移关系曲线与试验结果吻合较好。在此基础上进行了参数拓展分析,研究了截面尺寸和配箍形式对大截面尺寸的钢筋混凝土柱弯剪性能的影响,结果表明:当截面边长超过700mm时,试件的弯剪性能仍然存在尺寸效应,但随着截面尺寸的增大,尺寸效应减弱;减小箍筋直径和间距可以减弱尺寸效应对试件弯剪性能的影响。     

钢筋混凝土纯扭构件的非线性有限元分析

为研究钢筋混凝土构件在扭矩作用下的受力性能,利用有限元软件ABAQUS建立了3个钢筋混凝土纯扭构件的有限元模型,分别以截面尺寸和配箍率为研究参数,对其受力全过程进行非线性数值模拟。有限元计算结果表明:截面尺寸和配箍率是影响钢筋混凝土构件抗扭承载力的重要因素,增大截面尺寸可提高构件的开裂扭矩和极限扭矩,增加配箍率可延缓裂缝的发展,提高构件的极限扭矩;模拟得到的开裂扭矩、极限扭矩与GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的计算公式得出的计算值吻合较好。     

喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体立柱压弯性能研究

喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体是在冷弯薄壁型钢骨架区格间放置聚苯乙烯泡沫板,并在骨架外侧喷涂轻质砂浆制成。通过对3个喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体的压弯性能进行足尺试验,研究其受力过程、承载能力和破坏模式。结果表明:喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体的破坏现象为立柱中截面的受拉翼缘屈服;轻质砂浆对立柱的支承作用使立柱承载能力和抗弯刚度显著增加,并具有良好的压弯性能。采用考虑材料、几何和接触非线性的ANSYS有限元程序,对试验模型的受力性能进行模拟,非线性有限元模拟结果与试验结果吻合较好。以简支T形截面组合立柱作为计算模型,提出了考虑砂浆与立柱之间黏结滑移效应的组合立柱截面压弯强度计算式,采用有限元计算值和试验值对所给出的公式进行验证,结果较为吻合。     

曲线箱梁桥空间预应力效应分析

曲线箱形梁桥是空间复杂受力的结构体系,预应力效应一方面能提高构件的承载能力,另一方面也可能对结构带来一些不利的影响。采用三维实体单元和杆单元相结合的空间组合有限元方法,对一座两跨曲线预应力混凝土箱形连续梁桥进行空间受力分析。针对曲线箱形梁的力学特点,对空间曲线钢束摩阻损失的计算方法进行分析。采用组合有限元法和简化方法分析预应力径向力对箱梁腹板的作用效应,比较两者的计算结果差异。采用两种计算模型,分析了预应力对支座受力的影响,对径向支座间距设置和改善支座受力的方法进行了研究。根据预应力效应的分析结果,得到了一些有益的结论,为进一步完善曲线预应力混凝土箱梁桥的设计提供了依据。     

考虑时变因素修正的混凝土斜拉桥换索前初态模型

为准确掌握混凝土斜拉桥换索施工前的索力和主梁受力状态,建立的换索施工前的初态分析模型,需要对其运营期间混凝土收缩徐变、预应力索应力松弛、恒载性超载等因素产生的影响进行评估。而混凝土弹性模量、徐变、收缩及预应力筋松弛等因素具有与时间历程和应力历史紧密关联的材料非线性特征,采用有限元增量分析是合理的选择。为此,在时间历程划分的基础上,推导了考虑材料徐变、松弛、收缩影响的弹塑性有限元求解方程,建立了时间增量步内单元计入徐变、收缩、松弛影响的数值函数表达式,给出了斜拉索损伤刚度修正的具体措施和恒载性超载影响计入的分析方法,建立的初态模型分析技术进一步改善了混凝土斜拉桥运营期的桥梁状态评估方法。     

T梁桥体外预应力加固前后静力性能分析

通过预应力损失理论和有限元方法,对T梁桥采用体外预应力加固后在恒载作用下的静力性能进行了分析,分析表明,体外预应力可以有效地降低梁体挠度,降低关键截面应力水平,有效地改善结构受力行为。     

Strengthening of a steel railway bridge and its impact on the dynamic response to passing trains

Two different strengthening methods for a through-girder steel railway bridge are investigated. The studied structure is the Söderström Bridge, located in the city of Stockholm, Sweden. Due to fatigue problems, it is in need of assessment and strengthening. In one of the methods, arches are added under the bridge modifying the structural system and lowering the stress ranges for all structural members. The other method consists of prestressing the floor beams. This increases their stiffness and transforms the mean stress in the lower flanges from tension to compression. A 3D finite element model is created and verified with measurements. The different strengthening methods are tested in the model by dynamic analysis with moving train loads. The strengthening methods show some positive effect concerning the fatigue life. Changes in vertical bridge deck acceleration for high speed traffic are also presented. A comparison between the European code and the Swedish code regarding vertical bridge deck acceleration levels for high speed traffic shows large differences for the bridge.     

中承式拱桥动力分析的三维有限单元模型

在分析拱桥结构构造特点的基础上 ,考虑了各种结构参数 (结构及非结构质量的分布和偏心、结构刚度、边界条件等 )对中承式拱桥的自振特性的影响 ,对宽翼T形板构成的桥面采用三种有限单元模型 ,建立了拱桥的空间三维计算模型 ,并将其应用于浙江省某大桥的动力特性的计算[1] 。通过对三种有限元建模方式的计算结果的比较 ,说明改进的鱼骨式单梁法应用于这种宽翼T形板组成的桥面是适用的     

不同桩基模拟方法对液化场地桥梁地震响应的影响

为了考察桩 土相互作用以及桩基土液化对桥梁结构地震响应的影响,针对处于可液化场地的某座铁路三跨预应力连续梁 拱组合桥,利用ANSYS有限元计算软件建立墩底固结模型Ⅰ及基于m值法和P-Y曲线法的全桩模型Ⅱ和模型Ⅲ,并对各模型进行振动特性计算分析和时程计算分析。结果表明:3个有限元模型的基本振型相同,均为面外横向侧弯;全桩模型Ⅱ和模型Ⅲ前5阶振型分布特点一致,验证了模型对比分析方式和P-Y曲线法的合理性;模型Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ的一阶频率分别为0.836 69,0.518 95,0.502 78 Hz,拱顶横向位移时程计算值分别为0.005 13,0.020 3,0.022 1 m;考虑桩 土相互作用及液化土非线性后,结构关键位置位移响应值进一步增大;所得结论可为今后可液化场地的桥梁进行抗震分析提供参考。     

连续刚构桥的地震反应分析

指出我国是个多地震灾害的国家,桥梁在地震中会遭受巨大的损害,基于大型有限元软件ANSYS,针对一预应力连续刚构桥进行了有限元分析,得出了桥梁的自振特性和桥梁地震时程反应特性的有关结论。     

桥墩基频计算模型参数的研究

根据相似性原理，对实体桥墩建立实验模型，测出单墩的基本频率。建立了考虑地基弹性约束影响的有限元单墩模型，并将有限元计算基频与模型实验测得的结果进行比较，从而证明有限元建模正确。     

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。     

预应力组合连续梁桥的设计问题探讨

在总结现有关于预应力组合连续梁结构理论成果的基础上,重点分析预应力效应,探讨在连续梁桥设计方面预应力组合结构的应用。