结构损伤一致多尺度模拟和分析方法

以一个重要的大跨桥梁为工程背景,基于非线性有限元分析软件ABAQUS,研究了大跨结构以损伤分析和状态评估为目标的结构多尺度模拟中的一系列关键理论和技术问题,包括多尺度建模方法和策略、基于子结构方法和基于多点约束衔接方法的多尺度建模过程,结构一致多尺度模型的修正和验证,以及应用多尺度模型进行结构损伤分析的方法与策略.研究结果表明,应用所提出的大跨结构一致多尺度建模方法和策略,能够有效地建立适用于实际大跨桥梁结构损伤分析的多尺度有限元模型,满足不同尺度下结构特性分析和局部损伤演化过程仿真计算的需要.而基于多尺度模型进行的局部疲劳损伤累积的仿真分析结果表明,发生于局部焊接细节的疲劳损伤与结构的局部应力响应之间有较大的耦合作用,在结构的多尺度损伤分析过程中应予考虑才能得到比较准确的寿命评估结果.

大型土木结构的结构行为一致多尺度模拟——模拟方法与策略

针对大型土木结构以结构健康监测和损伤评估为目标的有限元分析的需要,从理论上探讨了复杂土木结构的结构行为一致多尺度模拟的方法和策略,指出对于大型复杂土木结构而言,适合考虑局部细节特性的结构行为多尺度建模的策略是:对于有限个需要重点关注的局部细节采用"小尺度"建模,而结构其他部分采用"大尺度"建模。针对目前大型复杂土木结构的建模都是借助于大型商用有限元软件,而现有软件都无法直接做到结构行为一致多尺度模拟,文中引入有限元方法中的子结构方法,从数学描述上对传统子结构方法加以改进,使之适合解决结构行为一致多尺度模拟问题。

结构行为一致多尺度有限元模型修正及验证

研究面向结构健康监测和损伤评估的含局部细节的结构多尺度有限元模型的修正和验证方法.以实验室的大跨桥梁结构钢箱梁纵向加劲桁架缩尺试样为研究平台,具体讨论了多尺度模型修正和验证的实施过程.首先分析了影响此结构多尺度模型精度的一些因素,如边界约束刚度、焊趾及其附近的几何及材料参数等,然后采用基于灵敏度的方法对多尺度模型进行修正,并通过不同于修正过程的加载工况和不同位置处的实测数据从动力特性和静力响应等多方面对所建的结构多尺度有限元模型进行了验证.结果表明:基于子结构方法建立的结构行为一致多尺度模型是有效的.

大跨斜拉桥结构行为一致多尺度有限元模拟

以润扬长江大桥北汊斜拉桥为实际工程背景,分析了同时考虑结构整体和局部细节特性的结构行为一致多尺度模拟方法在具体应用中的实施过程。以结构健康监测和损伤评估为目标,建立斜拉桥整体结构的三维多尺度有限元模型,桥面系采用分级多重子结构方法建立结构行为一致多尺度有限元模型。对建立起来的大跨桥梁结构多尺度有限元模型进行模态分析,并利用成桥试验数据从静力响应、动力特性等方面验证了多尺度模型的有效性。结果表明:建立的多尺度模型是有效的,其计算分析结果和成桥试验值之间的误差较小;分级建立结构行为一致多尺度模型的模拟方法有利于满足在结构健康监测系统设计、结构状态评估和结构损伤检测等各个不同阶段模型分析的需求。

增配起波钢板的RC梁抗震及抗连续倒塌性能

提升钢筋混凝土(RC)框架结构抗连续倒塌性能的常用方法是增加梁通长纵筋量,但这可能导致结构在地震作用下出现“强梁−弱柱”的不利破坏模式.本文提出一种不影响RC框架结构抗震性能且可提升其抗连续倒塌性能的方法,即在梁内增配局部脱黏的起波钢板.考虑不同的高长比(起波高度h_(kp)与起波长度l_(kp)的比)取值,进行增配起波钢板RC梁的低周往复试验.试验发现,起波钢板高长比取值适中(h_(kp)/l_(kp)≈3/40)的RC梁具有和常规RC梁相近的承载能力、刚度退化特征、耗能能力及变形模式.借助数值模拟进行参数分析,发现合适的高长比取值范围为1/16~1/8.对所设计的RC框架结构进行数值Pushover和Pushdown分析,结果表明,增配合适高长比(算例中取值1/10)的起波钢板几乎不影响结构抗震性能,并能大幅提升其抗连续倒塌性能.