空心板梁桥铰缝破坏机理精细化有限元分析

空心板梁桥在我国中小跨径桥梁中是一种得到广泛应用的桥梁形式,铰缝病害普遍出现在空心板梁桥的运营过程中,为了更好地对空心板梁桥进行养护加固,需要透彻研究铰缝的破坏机理。首先介绍了我国现行空心板梁桥的设计方法,然后利用ANSYS大型有限元分析软件建立精细化有限元模型对比铰接板法分析横向分布差异,最后研究空心板铰缝的横向正应力和纵向正应力应力分布情况,得出铰缝的实际受力状态,病害产生的原因,对今后的空心板梁桥的实际养护加固具有工程指导意义。

基于“空中造楼机”应用的某超高层结构剪力墙精细化有限元分析

“空中造楼机”作为中建三局自主研发的超高层建筑施工装备,可集成各类功能丰富的施工设备设施,显著提高了施工现场工业化水平,得到社会各界广泛关注及认可。经过多次迭代升级,最新一代“空中造楼机”—轻量化支点顶模集成平台在深圳城脉金融中心大厦首次应用。施工过程中,平台自重、设备设施、人员、材料等荷载通过平台支点传递至核心筒墙体。随着结构高度逐渐攀升,核心筒墙体厚度逐渐变薄,承载力明显降低,然而风载增大,必须对支点处的墙体承载力进行复核,以保障顶模集成平台在整个施工过程中的安全。对比多种计算分析方法,为较好地反应结构局部力学响应,必须对支点附近预埋件、混凝土结构、内部钢筋进行精细化有限元分析。本文采用某大型有限元软件对顶模集成平台支点处的墙体受力进行了精细化有限元分析,为顶模集成平台在施工过程中的安全提供了有力保障。

基于超单元法的空腹夹层板精细化有限元分析

针对空腹夹层板精细化有限元分析存在计算模型总自由度数庞大、运算效率低的问题,根据空腹夹层板的构造特点,将其分成若干相同的基本网格,把任一网格当成子结构并凝聚成超单元,再控制超单元的边界自由度数。以超单元为基础扩展出新计算模型,降低空腹夹层板有限元模型的总自由度数,从而提高计算效率。分别用不同超单元和边长0.1 m的实体单元,建立一块平面尺寸为16 m×16 m的混凝土空腹夹层板精细有限元模型并做静、动力分析。结果表明:超单元法提取空腹夹层板参数受限制小,能较快提取结构参数完成计算;超单元边界节点数越少,运算效率越高,但误差相应增大;当超单元的节点数对比精细有限元缩小约89%并合理放置时,计算最大相对误差不超过6%且计算时间能节省11%~24%,模态和时程分析图像吻合度较好;基于超单元法的空腹夹层板精细化有限元分析适用于空腹夹层板结构线弹性阶段的参数分析计算。

考虑混凝土弹塑性损伤的钢套筒-牛腿非线性有限元分析

以某大型演播厅空间结构加固改造工程为例,采用了一种新型的钢套筒-化学锚栓-钢牛腿的节点形式,在其有限空间内新建一种钢桁架结构体系,通过原有混凝土柱传递竖向载荷,成功地解决了在原混凝土柱上通过加环箍焊接悬挑钢牛腿的方式支撑新建结构。考虑了混凝土柱的损伤破坏,建立了混凝土柱-钢套筒-化学锚栓-钢牛腿的精细化有限元分析模型,采用了非线性弧长法计算,得出了该节点的极限承载力,评估了该节点实施的可行性。

焊接球单层球面网壳精细化有限元分析

采用ANSYS软件中的SHELL181壳单元模拟钢管杆件和空心球节点,建立了一个K6(2)型单层球面网壳的精细化有限元模型,考虑几何非线性和材料弹塑性的双重非线性,并通过精细化分析与传统的梁单元模型分析的对比,得到了单层球面网壳极限破坏时杆件和节点塑性应力分布、细部破坏模式。在此基础上进行了参数分析,研究了焊接球节点壁厚、直径以及结构初始缺陷、焊接缺陷等因素对网壳极限荷载的影响规律。研究结果表明:球节点壁厚与杆件壁厚之比满足JGJ61—2003《网壳结构技术规程》构造要求,当其比值大于1.5时才可按刚接节点考虑;球节点直径的变化会影响网壳局部的失稳形态,对网壳极限荷载影响不大;几何初始缺陷对网壳的影响采用梁单元模型和精细化模型分析结果是一致的;焊接区域材性的强化仅影响球节点与杆件连接处的塑性分布,而焊接缺陷会使网壳极限荷载大幅降低。

局部有限元模型边界条件的直接传递方法

提出一种将整体分析得到的节点力或节点位移直接传递到精细化局部有限元模型的方法,即部分混合单元法。沿精细化局部有限元模型周边建立一组过渡单元,该组过渡单元采用与整体模型一致的单元类型和模拟方式,其外侧边界上的节点与整体模型节点的相对坐标对应,内侧边界与精细化局部有限元模型采用基于面约束的方式连接。在外侧边界上根据节点坐标对应施加整体分析获得的节点力或节点位移,过渡单元就可直接将边界条件传递到精细化局部有限元模型。通过贵州红水河特大桥钢-混结合段的精细化有限元分析,验证了本文方法的实用性和有效性。

某复杂板-柱结构体系的设计与分析

由于建筑立面效果和使用功能的需求,某公交场站采用板-柱结构体系。该工程由三种尺寸的“伞单元”错落、组合而成,最大伞单元尺寸为17200(长)×15200(宽)×1750(厚),单侧悬挑8600mm,上覆600mm厚覆土,悬挑大、荷载重、结构单元新颖。采用YJK和MIDAS Building两种不同的力学模型软件进行多遇地震的比较分析,经过精细建模后两者计算结果基本一致;并补充弹性时程分析和罕遇地震下的静力弹塑性分析,确保结构各项指标参数均满足规范要求。采用抗震性能化设计,对关键构件进行抗震性能分析和构造措施加强。另外采用MIDAS Gen及ABAQUS软件进行楼板的舒适度分析及有限元精细化分析,计算结果表明结构舒适、安全可靠。

部分斜拉桥钢混结合段受力分析

混合梁斜拉桥充分发挥利用了混凝土和钢材两种不同材料的特性,成为许多大跨桥梁优化选择的最佳方案,近年来在世界各地得以广泛应用。本文基于某部分斜拉桥方案设计,对该部分斜拉桥钢混结合段在最不利荷载组合工况下的受力特点和传力机理进行分析,研究其在外力作用下内力的传递过程,结果表明结合段整体应力较小,结合段强度满足要求,传力过程中承压板主要传递轴力,而顶底板及腹板主要传递剪力和弯矩。

应县木塔精细化结构建模及水平受力性能分析

结合现场调查,对应县木塔进行结构体系分析、精细化建模、动力特性和水平受力性能分析。分析表明,应县木塔为"层叠平台式梁柱结构"体系。使用梁-短柱单元组模拟斗栱,刚度等效单元模拟梁柱及柱脚节点,建立了木塔的理想和现状精细化模型进行分析。结果表明,土磬墙对第1明层有嵌固作用,故木塔第1层侧移呈弯曲型而其它各层主要呈剪切型;明层铺作、暗层柱架、暗层铺作和明层柱架的抗侧移刚度依次减少,现状模型抗侧移刚度比理想模型平均低33%;多遇地震作用下,木塔部分明层柱架侧移角超过了弹性层间位移角限值;基于木塔柱脚连接特点,提出使用"重力抗倾覆力矩与倾覆力矩之比"作为木塔倾覆评判准则,多遇地震作用下木塔无倾覆危险,但在罕遇地震作用下则可能倾覆。

多轴工程车辆转向系统故障分析及优化设计

为研究五轴车辆转向系统摇臂轴断裂故障的原因,对现有转向系统进行了转向助力分析、转向杆系受力分析、摇臂轴有限元精细化分析,得出故障发生的原因及解决方案。基于现有转向系统配置,提出对摇臂轴结构进行优化,如摇臂轴材料由27SiMn改为42CrMoA,过渡圆角由1mm改为3.5mm,变截面取消淬火,五桥助力油缸布置改为50/28缸径油缸,通过验证转向系统安全性得到了提高。结果表明:在设计阶段采用有限元精细化分析方法十分必要,通过理论分析与试验相结合的方法进行转向系统设计非常有效。

钢桁架连续梁桥托架角钢病害成因分析及处理

宜都枝城长江大桥为公铁两用钢桁架连续梁桥,服役多年后,两主桁外侧公路托架角钢出现开裂病害。为探究病害成因,并选取合适的处理措施,采用Abaqus软件建立多层次精细化有限元模型,分析加固前、后多工况下角钢开裂部位的力学响应与托架易损点的疲劳特性。结果表明:托架竖直角钢与上弦角钢翼缘分离,局部区域发生明显的应力集中,最大等效应力为139.2 MPa;公路桥纵梁不连续,使得桥梁受载时托架发生扭转;桥面的超载现象严重,托架纵向拉应力峰值增大率达153.4%,是导致托架局部角钢开裂的重要因素。采用增大垫板尺寸、恢复竖直角钢上端的顶紧状态、在角钢裂缝两侧设置T形钢板等措施对病害处进行了处理,加固后上弦角钢最大等效应力降低62.7%,处理效果良好。

传统木结构建筑斗栱力学性能研究进展

斗栱是我国传统殿堂型木结构建筑的重要结构部件,代表了我国传统建筑文化,体现了我国传统建造技艺的精髓。本文从斗栱竖向承载、水平承载、铺作层抗震和斗栱有限元分析4个方面,对斗栱力学性能的研究现状进行系统的回顾和总结。首先,介绍不同时期、不同类型斗栱的竖向和水平加载试验研究,总结试验研究中的参数变化和相应的破坏形态。其次,归纳现有基于试验研究提出的斗栱竖向力学模型和水平恢复力模型,综述铺作层抗震性能试验和减震、隔震机制。再次,概述斗栱精细化有限元分析中材料非线性本构的定义方式,介绍斗栱的精细化有限元分析方法和在整体建筑分析中的简化模拟方法。最后,通过对斗栱试验研究、理论分析和有限元模拟的全面梳理,提出斗栱基于力学特征的分类、多参数统一恢复力模型的建立、有限元的精细化模拟、简化模型的应用等可行的研究方向,以期为斗栱后续研究提供新的思路。

红水河特大桥钢牛腿-钢锚梁组合锚固结构设计研究

红水河特大桥是贵州省第一座采用混合式叠合梁的大跨度斜拉桥,其桥跨布置、主梁结构形式及索力分布均不对称。针对其突出的非对称受力特征,该桥索塔锚固区拟采用钢牛腿-钢锚梁组合结构形式。根据钢锚梁的不同受力模式,该文提出了两种钢牛腿-钢锚梁组合锚固结构设计方案,基于Ansys分别建立了两种设计方案的钢牛腿-钢锚梁组合锚固结构精细化有限元模型,并进行了计算分析与比较。结果表明:采用以钢锚梁纵向拉伸变形为主的小偏拉设计方案,可以显著降低钢牛腿-钢锚梁组合结构的应力水平,加大钢锚梁与钢牛腿接触面的相对滑移,使钢锚梁偏向于轴向拉伸的理想受力状态,结构整体力学性能更好、更安全。红水河特大桥索塔锚固结构设计最终采纳了小偏拉设计方案。

螺栓接触非线性对钢牛腿-钢锚梁组合结构受力状态的影响研究

为了解螺栓接触非线性对钢牛腿-钢锚梁组合结构受力性能的影响及高强螺栓自身的受力状态,在宏观受力分析的基础上,以在建贵州红水河特大桥为背景,基于ANSYS建立该桥整体及索塔锚固结构的混合单元有限元模型,并进行了计算分析与比较。结果表明:螺栓接触非线性一方面对钢牛腿与钢锚梁的协同受力性能产生有利影响;另一方面,高强螺栓参与受力后,钢锚梁两端的纵向约束加强,钢锚梁中部上拱量明显增大,钢锚梁与钢牛腿之间的相对滑移明显减小,螺栓孔周边局部应力显著增大。综合来看,螺栓接触非线性对钢牛腿-钢锚梁组合结构受力性能的影响偏于不利,不考虑高强螺栓作用的分析结果偏不安全。

曹妃甸工业区1#桥工程索塔锚固区性能研究

混凝土索塔钢锚箱锚固结构由于其受力方式明确、施工方便等优点,正在被越来越多的斜拉桥所采用。该文以曹妃甸工业区1#桥工程为背景,通过对钢混索塔锚固区精细化仿真有限元分析,对锚固区应力集中程度、应力分布、应力水平、刚度过渡的平稳性、结构安全储备进行评估。

T形钢管混凝土插板连接节点受弯性能研究

采用精细化有限元分析方法对T形钢管混凝土插拔连接节点的平面内受弯性能进行了研究。首先通过与试验结果进行对比,验证了精细化有限元模型的正确性和准确性。在此基础上研究了主管壁厚、支管壁厚、主管形式和混凝土强度对节点破坏模式和承载力的影响。结果表明,钢管混凝土插板连接节点的破坏模式和钢管插板连接节点不同,为主管冲剪破坏和支管屈服破坏,其受弯承载力比钢管插板连接节点要高很多,国内外设计规范中关于钢管插板连接节点的受弯承载力计算公式不适用于钢管混凝土插板连接节点。最后给出了基于力学模型的主管冲剪破坏模式下钢管混凝土插板连接节点受弯承载力计算公式,以期为此类节点的工程应用提供参考。

钢管混凝土KK形相贯节点空间效应研究

为研究钢管混凝土空间相贯节点的空间效应,通过精细化有限元模拟对钢管混凝土空间相贯节点的受力性能进行了研究。建模时考虑了材料非线性、几何非线性、钢管与混凝土之间的接触非线性,建立了钢管混凝土KK形相贯节点的精确有限元模型,研究了空间效应对节点承载能力和破坏模式的影响。结果表明:钢管混凝土空间相贯节点的承载力远高于钢管空间相贯节点;钢管混凝土空间相贯节点和平面相贯节点的破坏模式相同,破坏模式有两种,一种是主管管壁冲剪破坏和受压支管屈服联合破坏,发生在支管管壁较薄的情况,另一种是主管管壁冲剪破坏;空间效应对钢管和钢管混凝土相贯节点承载力的影响不同,对于钢管混凝土相贯节点,支管空间夹角60°的节点承载力较平面节点有所降低,在设计时应该考虑空间效应的影响;空间效应对钢管混凝土空间相贯节点刚度影响不大。