单元解体法精确求解梁元无应力构形

基于非线性二阶梁柱理论及CR-UL全量求解方法,利用单元解体理论(几何法及零作用法)精确求解平面结构中梁元的完整无应力构形.利用目标构形几何信息及其对应的单元抗力直接求解梁元无应力构形基本参数;采用几何法直接进行坐标转换即得构件单元完整无应力构形;采用零作用法并利用无应力构形基本参数进行逆向计算亦可求解其完整无应力构形;编写程序对提出的两种方法进行了算法及最终结果的验证.结果表明利用几何法可在不建立结构有限元模型的条件下精确高效求解构件的完整无应力构形,利用零作用法亦可精确求解构件完整无应力构形,但需编写完善的几何非线性程序.

钢桁梁公路斜拉桥主梁刚度等效研究

为了有效地减少钢桁梁公路斜拉桥仿真分析计算的单元数与节点数,可以把空间桁架模型通过刚度等效转换成平面桁架或单梁模型。该文运用曲线拟合,对华伦式、普拉特式空间桁架梁进行有限元数值分析,得到了不同桁梁高度、不同桁架节间长度条件下悬臂桁架梁的梁端挠度,从而确定了平面桁架模型的平联刚度修正系数以及单梁模型惯性矩、剪切刚度修正系数的拟合公式。结果表明:在刚度等效的前提下,平面桁架、单梁模型具有较高的计算精度,能显著提高钢桁梁公路斜拉桥建模效率。

斜拉桥施工控制张拉力的计算方法研究

为了简化斜拉桥施工控制张拉力的计算过程,基于无应力构形控制法的思想,以设计构形为成桥目标,采用无应力索长值作为张拉控制参数进行无应力构形迭代求解.并得到一组满足设计成桥状态的施工控制张拉力,求解过程均由程序自动计算完成,该过程为反复正装迭代过程,且计算过程中充分计入了结构非线性效应和徐变、收缩效应,因此计算结果精度较高。在嘉鱼长江公路大桥施工全过程计算分析中应用结果表明:该方法能够极大方便斜拉桥施工过程中控制张拉力的求解,求解结果与设计结果吻合良好,避免了反复试算的求解过程。

基于CR全量非线性梁柱理论的平面剪切梁元

基于CR全量非线性计算模式,结合考虑梁元剪切效应的Timoshenko梁理论,采用梁柱理论(稳定函数格式)建立精细高效的综合考虑单元轴力、弯矩、剪力及其耦合效应的平面梁元分析理论.采用梁柱理论,结合CR坐标法,完善高精度目标下的平面梁元几何非线性问题快速求解方法;以二阶梁柱理论为基础,推导考虑剪切效应的转角位移方程具体格式,获得刚度系数的精确稳定函数表达式,在保证数值精度及计算过程稳定性的前提下,将上述稳定函数幂级数化且提出对应的截断准则,随后推导了剪切变形影响下考虑梁元弓弦效应的单元节点计算表达式;编写程序对本文提出的方法与经典算例进行对比检验,并结合实际工程进行分析.研究结果表明:对一般的多跨连续梁结构,利用本文计算理论能获得与经典算例一致精度的计算结果;对发生大位移的类如肘型刚架结构,利用本文理论可获得其考虑剪切效应的荷载-位移全过程变形曲线,其跃越屈曲第一及第二临界点亦与经典文献符合;对不同主梁形式的特大跨度斜拉桥结构,利用本文理论亦可得到合理的整体变形特征,同时明显提高分析效率.

大跨度钢主梁斜拉桥的自适应无应力构形控制

为了实现对大跨度钢主梁斜拉桥高精度、高效率的施工控制,基于自适应无应力构形控制思想,推导了设计参数误差和钢主梁顶、底板焊缝收缩差对主梁安装线形的影响量调整公式,导出了主梁节段定位时温度影响的标高调整量公式,并在综合考虑此类影响因素的基础上建立了主梁节段精确定位的实时放样公式,最后将研究成果在荆岳长江公路大桥施工全过程中进行应用。结果表明:该方法能极大方便斜拉桥的施工与控制工作,提高其控制精度及效率。

考虑摩阻效应的大行程滑移支座非线性耦合分析

为解决大跨结构支座类构件在其接触面发生特大相对滑移情况下的边界非线性与结构整体几何非线性耦合效应分析问题,基于平面杆系结构有限元分析理论,提出适用于考虑动、静摩阻力的大行程滑移支座全过程受力及变形特性非线性解决方法。完善可精确考虑轴力、弯矩耦合效应的基于随动坐标系下总体拉格朗日列式(CR-TL)的全量梁柱理论,使其适用于一般结构大位移条件下的快速几何非线性分析;采用双单元模式建立滑移支座非线性计算模型,优化适合动、静摩擦因数的滑动-停止判别条件;利用动态单元法、动态刚臂单元法及修正的主从节点法考虑大行程滑移支座滑动模拟过程中的支座斜置现象;建立符合支座滑动全过程受力特性的梁柱理论计算模式,并提出与之相适应的求解非线性方程的变刚度法,以及适应多支座体系协同工作模式的内部折减系数法。研究结果表明:利用CR-TL全量梁柱理论进行大跨斜拉桥结构施工全过程分析时,在相同计算精度水平下,其计算效率可提高30%;当采用不同支座模拟方式时,完全滑动及带摩阻力滑动条件下的单支座与双支座刚架结构位移计算结果相差可达44%~55%;在车辆荷载作用下,大跨斜拉桥结构主梁纵向位移及索塔偏位差达到10cm级别,显著改变了结构的响应特征,提出的理论能够实现对同类工程问题的精细分析。