基于实体退化单元的高墩非线性稳定仿真分析

为克服在薄壁空心高墩的非线性分析中解析法不便应用、杆系有限元法不能模拟钢筋、实体单元法计算效率较低等不足,以及为提高计算效率且不降低模拟精度,提出采用实体退化单元的方法进行非线性稳定分析.在该方法中,用三维实体退化单元模拟薄壁空心高墩,运用单元分块技术实现钢筋单元的模拟,基于多尺度分析思想建立精确模型进行非线性稳定分析;阐述几何非线性、材料非线性及方程求解方法,讨论了稳定分析的实现方式.采用此方法对一数值模型进行第一类及第二类稳定性分析,并与传统的实体单元模型进行对比证明了该方法在非线性稳定分析中的有效性.并将此方法应用于工程实例,结果表明:该方法能真实有效地模拟实际结构,客观地反映钢筋对墩体稳定性的影响,高效地进行非线性分析;适用于对需要考虑钢筋影响的结构及对薄壁空心高墩结构型式进行非线性稳定分析.

实体退化板-壳组合单元法及钢-混结合梁桥施工过程力学分析

在实体退化等参单元的基础上,引入板壳理论的基本假定,构造了三维8～20节点实体退化板壳组合单元。由于同一个单元包含了不同的板壳组件,不同的板壳组件又可以由不同的材料组成,同一个板壳组件又可以分为若干个不同的材料分段(允许材料为空,相应的材料参数置零),单元刚度矩阵需要通过对不同的材料分区分块积分后叠加组合而成。板壳组件的应力应变由整体笛卡儿坐标系下单元的应力应变经过坐标转换后求出。桃河特大桥的施工过程及成桥静动载的理论分析结果与实测结果表明,该方法不仅可以减少组合结构桥梁的单元剖分数量,提高计算效率,并且精度完全能够满足控制要求,具有良好的工程应用前景。

三维实体退化虚拟层合梁单元在钢曲梁极限承载力分析中的应用

提出采用三维实体退化虚拟层合梁单元计算钢曲梁极限承载力的方法。考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该单元编制了极限承载力计算程序,并将其应用于钢曲梁极限承载力的分析。计算实例表明,该单元收敛快,稳定性好,在单元数较少的情况下,具有较高的精度。由于能克服壳体单元或梁段单元法的缺陷,该计算方法具有更强的通用性。

三维实体退化虚拟层合梁单元在梁极限承载力分析中的应用

提出采用三维实体退化虚拟层合梁单元计算梁极限承载力的方法。考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该单元编制了极限承载力计算程序,并将其应用于梁极限承载力的分析。计算实例表明,该单元收敛快,稳定性好,在单元数较少的情况下,具有较高的精度。由于能克服块体单元或梁段单元法的缺陷,该计算方法具有更强的通用性。

实体退化板单元及其在板的振动分析中的应用

经典板壳单元是由板壳理论构造出来的,而经典的板壳理论是在空间弹性理论的基础上考虑板壳的基本假定得来的。在空间等参数单元的基础上,直接引入板壳的基本假定,修改空间等参数单元的弹性矩阵,从而构造出适合于厚薄板壳分析的20结点实体退化板单元,并将其应用于开口圆柱薄壳的静力分析和厚薄板的固有振动分析。数值算例表明,该单元收敛快,稳定性好,具有较高的精度。此外,该单元还可以用于曲边变厚度板、壳体及层合板的振动分析。

基于实体退化组合单元的钢筋混凝土多梁式T梁非线性分析

根据实体退化壳单元理论,推导单元的位移场,建立钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元模式,其中纵向受力钢筋采用空间杆单元处理,并推求了其对实体退化组合单元刚度矩阵的贡献。采用Ottosen四参数屈服准则,考虑混凝土的材料非线性,以及通过V.Karman假设考虑了结构的几何非线性,分析几何非线性对此结构的影响。典型算例分析表明:考虑双重非线性的钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元的计算结果与试验资料吻合良好;当偏载加载时,加载端边梁的受力钢筋应力发展较为迅速而首先达到屈服应力,其余各主梁的受力钢筋应力依次发展,直至结构破坏;对于钢筋混凝土多梁式T梁类实体结构,材料非线性效应明显,但几何非线性效应在一定范围内可以不计入。

基于实体退化虚拟层合单元预制桥墩承载力分析

以某跨海桥梁工程中采用的埋床法施工的预制墩台为研究对象,该预制墩台的承载能力是设计的重点,设计阶段需对不同荷载工况下的墩台承载能力进行精细分析。墩台承载能力分析需要考虑混凝土和钢筋两种不同材料的非线性,并考虑预应力筋的作用。一般的有限元程序在处理材料非线性问题时往往存在计算效率低、计算成本高、计算不收敛等问题。实体退化序列单元,该单元基于经典的三维实体等参元和梁、板壳理论简化假定得出,在保证计算精度的前提下,该单元更为简单、高效。采用该单元对施工过程中桥墩墩身进行了承载力分析,并对其安全性进行了评估。分析结果表明,桥墩在关键荷载工况下,其正常使用状态的钢筋应力处于较低水平,关键部位混凝土未出现裂缝,对结构安全、耐久性无影响,结构承载力满足要求。

用实体退化板壳单元对立交桥进行空间分析

由于箱梁结构广泛应用于桥梁建设中,而传统的受力分析方法存有较大的误差。采用实体退化板壳单元对杭州复兴立交桥这种单箱多室箱梁的结构进行空间分析,得出的应力和挠度与试验结果相符,证明了实体退化板壳单元的正确性和有效性。

非协调实体退化厚/薄板单元

在八节点三维实体等参元基础上,将板理论基本假定引入弹性应力-应变矩阵,并为局部坐标系下的挠度位移分量附加非协调位移项,构造了非协调实体退化板单元。板假定的引入用以克服单元厚度泊松自锁,非协调项的引入可缓解单元剪切自锁。通过修正常应变矩阵,确保单元通过分片检验。分域积分方法的采用,使单元可用于层合板结构分析。算例表明:单元对等厚度的厚/薄板均适用。

用实体退化板壳单元对立交桥进行空间分析

采用实体退化板壳单元对杭州复兴立交桥的单箱多室箱梁的结构进行空间分析,得出应力和挠度与试验结果相符,证明了实体退化板壳单元的正确性和有效性。

箱梁桥自振分析的非协调实体退化壳元法

桥梁结构的自振特性对研究其在风荷载和地震荷载作用下的动力响应具有重要意义,其分析精度取决于结构质量和刚度分布特性的准确计算。根据质量等效原理推导了非协调实体退化板壳元的一致质量矩阵,并采用逆迭代法求解了箱梁桥的固有频率和振型。实体退化板壳元可精确描述箱梁桥质量分布,便于同实体单元连接,对不同板厚的箱梁桥均适用。非协调位移的引入使其更适合描述箱梁桥各构件的变形特性。算例表明:单元可显著提高箱梁桥动力特性分析的效率,可获得满意的计算精度。

基于连续体退化组合壳单元的连续箱梁非线性分析

提出了一种用于预应力混凝土箱梁非线性分析的单元模型,此模型可以方便的模拟结构中存在的普通钢筋、预应力直线钢筋和预应力曲线钢筋。将分层壳单元和大变形杆单元相组合,编制了钢筋混凝土三维非线性分析有限元程序。非线性分析方面考虑了材料和几何非线性,采用TL列式描述几何非线性行为,材料非线性分析包括弹塑性变形、混凝土的开裂和压碎等等。本文提出的单元模型较好的解决了预应力混凝土箱梁分析时曲线配筋模拟的问题。最后给出了2个算例,计算结果与相关软件和试验数据吻合良好。

预应力混凝土梁非线性分析单元模型

为了能够准确有效地分析混凝土梁中预应力钢筋的力学性能,模拟结构中存在的普通钢筋、预应力直线钢筋和预应力曲线钢筋,提出了一种预应力混凝土梁非线性分析的单元模型。应用有限元理论,采用全拉格朗日列式的三维杆单元模拟预应力钢筋;采用实体退化组合壳单元模拟结构;应用钢筋单元和混凝土单元之间的位移场关系形成钢筋对混凝土单元的贡献,将预应力钢筋对结构的作用直接反映在单元模型内部。预应力混凝土T梁的破坏过程模拟结果表明梁的跨中挠度计算结果和试验实测数据吻合,单元模型有效地反映了预应力束的力学性能。

高墩大跨径桥梁稳定性

在高墩桥梁的设计和施工中,稳定性问题非常重要。利用实体退化单元,对高墩桥梁进行了三维有限元稳定性研究。对施工中的各种风荷载、主墩偏位及主梁一侧失重等情况进行了分析。给出结构面内、面外的多阶失稳模态。实例表明高墩桥梁结构稳定性主要跟施工节段有关。

钢筋混凝土箱形梁极限承载力的计算

针对钢筋混凝土箱形梁极限承载力的计算问题,提出采用三维实体退化虚拟层合单元的分析方法.考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该类单元编制了钢筋混凝土结构极限承载力的计算程序,并将其应用于钢筋混凝土箱形梁极限承载力的分析.计算中,混凝土本构关系采用多轴强化塑性模型在应变空间中构建的三维本构关系;混凝土开裂采用正交分布裂缝模型模拟;钢筋按实际情况模拟,并考虑为理想弹塑性材料.通过分析,计算结果与试验结果能很好吻合,表明了计算理论及其程序的有效性和正确性.由于该方法能克服壳体单元或梁段单元法的缺陷,在计算钢筋混凝土箱形梁极限承载力方面非常有优势.

预应力混凝土曲线桥极限承载能力分析

针对梁段法难以客观分析预应力混凝土(P.C.)曲线桥梁极限承载能力的问题,提出采用实体退化单元的三维分析方法。基于经典的三维实体等参元和梁、板壳等理论,提出了新型实体退化单元,建立了用于钢筋模拟的三维弥散模型,从几何非线性、材料非线性及求解方法等三个方面对极限承载能力分析的具体实现方式进行了讨论。用一试验结果对该方法进行了验证,并将其用于四跨P.C.曲线梁桥,从破坏型式、应力变化及变形发展等方面对结构极限状态进行了分析。结果表明:该方法通用、可靠,应用于实桥是可行的,为更深入了解P.C.曲线梁桥极限状态性能提供了新的方法。

空间曲线蝶形拱桥顶推施工的多尺度模拟分析

采用实体退化单元精确描述构件几何特征,结合多尺度建模的思想建立杭州钱江八桥全桥精细有限元模型进行施工过程仿真分析.施工阶段仅考虑自重荷载,约束条件为多跨连续梁,最大顶推跨径为94m.分析结果表明:最大拉应力约为307.2MPa,最大压应力约为306.7MPa,均位于前导梁箱型截面段与双工字钢截面段的交接处,在施工过程中主桥结构未出现应力过大情形;主、副拱肋应力及变形呈现空间变化特性,截面角点应力的变化规律具有一定的对称性;主、副拱连杆对结构的受力有明显影响;主梁最大应力为-280.4MPa,施工中主梁未出现屈服现象.

杭州市文晖路立交桥主桥的空间分析

现代桥梁跨径不断增大,宽度也在不断加宽,受力条件愈来愈复杂,其表现的空间效应越来越明显,单纯的由平面分析很难反应桥梁的实际受力情况。运用实体退化单元对杭州市文晖路立交桥主桥(斜拉桥)进行了真三维空间分析,特别分析了主梁纵、横向的正应力和索塔竖向正应力。分析结果表明该桥的空间效应比较明显,在恒载作用下桥梁的受力比较合理。

大跨度混凝土桥梁预应力空间效应分析

针对传统的平面杆系理论无法客观分析预应力混凝土桥梁中多向预应力效应的问题,运用实体退化单元,将预应力筋作为结构的一部分,用等效节点荷载模拟预应力效应.采用该方法对临海大桥(斜拉桥)预应力的空间效应进行了分析.分析结果表明,预应力明显改善了桥梁的正常使用状态,多向预应力的空间效应明显;该预应力空间效应分析方法客观模拟了预应力的空间效应,为进一步完善预应力桥梁的设计提供了依据.

桥梁空间分析中预应力效应分析方法研究

预应力技术在桥梁中的广泛使用,使得桥梁结构受力状况复杂,对预应力混凝土桥梁进行空间分析是必要的;但由于预应力筋数量庞大且形状复杂,对预应力空间效应的模拟是预应力混凝土桥梁空间分析的难点。从预应力筋的实际作用机理出发,提出在预应力张拉阶段用等效节点荷载来模拟预应力对结构的作用;而在预应力管道灌浆后,将预应力筋作为结构的一部分,用实体退化单元进行结构分析,并用两算例对本文的方法进行了验证。结果表明,该方法能真正模拟预应力的空间效应,可用于预应力混凝土桥的空间分析。