弯曲受力状态下钢箱梁钢板极限承载性能仿真

装配式钢箱梁节点承载性能受到多种内力和外力的影响,如节点自重、荷载、支座反力等,导致其极限承载性能仿真难度大。因此,提出一种基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的装配式钢箱梁节点承载性能仿真。根据当钢箱梁节点存在外力时钢板会出现弯曲受力状态的特点,以钢箱梁钢板厚度、构件横截面以及弯曲刚度为对象,计算节点处于弯曲受力状态时三种参数的数值变化,采用滞回循环分析方法求解受力状态下钢板能耗变化。通过PSO改进粒子群优化算法建立全局目标搜索空间,将钢箱梁节点看作是粒子,设定影响节点承载性能参数点,建立钢箱梁节点受力模型,代入影响结果实现钢箱梁节点极限承载性能仿真。实验结果表明,所提方法可有效分析钢箱梁节点极限承载性能变化和受力状态,仿真精度高、效果好。

基于ANSYS二次开发冷却塔施工全过程风致极限承载性能研究

为研究施工全过程中冷却塔风致强度和稳定极限承载性能,首先基于UIDL和APDL对ANSYS进行相应功能的界面化模块二次开发,在此基础上进行智能化有限元建模,通过分别施加规范与风洞试验风荷载,进行施工全过程中冷却塔强度及屈曲失稳极限承载能力计算,且考虑对比了混凝土龄期变化对屈曲稳定性的影响。结果表明:临界风速在冷却塔施工初始阶段迅速降低后渐趋平稳,整体风致强度极限承载能力要显著大于屈曲失稳极限承载能力,计入龄期变化后冷却塔屈曲模态与不计时相似,但临界风速相对减小;对比各施工阶段不同工况下的两种承载能力发现最小临界风速为100.7 m/s,远大于当地50年一遇最大设计风速29.7 m/s。算例分析表明本文二次开发的冷却塔结构智能化分析模块实用高效,实现了冷却塔施工全过程极限承载能力有限元分析的参数化和可视化。

FRP-铝合金平面桁架结构极限承载性能试验研究

为了提升脆性FRP拉挤型材应用于桁架体系时的结构延性承载性能,提出了将金属材料构件和不同组合节点应用于FRP桁架体系的组合设计理念。设计和制备了一榀FRP-铝合金平面桁架模型,通过开展结构四点弯曲极限破坏试验,揭示了结构的全过程非线性位移响应、破坏模式及机理,进而对所提设计理念及结构延性提升措施的可行性进行了验证。试验结果表明:组合平面桁架结构在最终失去承载力之前呈现出组合节点滑移、铝合金上弦杆压屈变形、端部GFRP斜腹杆压溃破坏等多种渐进破坏模式,结构全过程荷载-位移曲线表现出明显的非线性变化趋势,特别是铝合金上弦杆的压屈效应使整体结构具备了明显的延性变形特征。建议可通过对FRP桁架在结构和构件层面进行组合设计,使其获得良好的延性承载性能和破坏预警信息,以提升结构的安全性和鲁棒性。

新型FRP-金属组合空间应急桥梁极限承载性能研究

轻型化应急桥梁在复杂地形条件下的抢险救灾任务中发挥出越来越重要的作用。将新型FRP-金属组合空间应急桥梁作为研究对象,采用ANSYS非线性静力分析的方法对其进行极限承载性能的研究。研究发现结构具有较高的承载能力,但是延性较差,致使铝合金接头受到破坏。采用减小斜腹杆截面尺寸的方法对结构的极限承载性能进行优化。在减小截面尺寸后的结构中,受压斜腹杆出现屈曲变形,结构可以在保持较高极限荷载的同时有较好的延性,斜腹杆的屈曲行为可为结构的最终破坏提供预警。此种方法可为同类型空间结构的优化设计提供理论依据。

基于复合材料预紧力齿连接和螺纹连接的组合接头极限承载性能研究

复合材料预紧力齿连接技术(PTTC)是一种承载效率较高的连接技术,可用于解决复合材料拼装式结构的连接问题。此种连接方式虽然能提升节点的荷载传递效率,但在高承载下的破坏模式为齿的脆性剪切,延性性能较差。提出了一种可应用于拼装式复合材料杆件的基于PTTC连接技术和螺纹连接的组合接头,通过ANSYS进行了压缩荷载下的极限承载性能研究,分别采用力与位移加载的方式进行了计算,明确了接头的破坏模式、获得了荷载-位移曲线。研究发现:在一定玻璃纤维增强复合材料(GFRP)杆件长度下,破坏模式先后表现为杆件屈曲失稳、金属套筒塑性破坏以及GFRP管受压劈裂等,均避免了纤维增强复合材料(FRP)齿的脆性剪切破坏。此外,位移加载条件下延性系数有较大提高,组合接头延性性能较好,计算结果与工程实际应用更贴合。

体外预应力FRP筋混凝土梁受力性能的试验研究

为了研究体外预应力复合材料筋混凝土梁的破坏特征和承载性能,对12根全FRP筋试验梁开展了三分点加载试验,其中体外预应力筋为碳纤维增强复合材料(CFRP)筋,受力筋和箍筋采用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋。对比分析预应力水平、剪跨比、混凝土种类等因素变化对GFRP筋混凝土梁承载力的影响,推导了包含预应力筋应力增量影响的受弯承载力表达式,并将计算结果与试验结果进行对比。结果表明,无预应力梁的破坏主要由变形控制,施加预应力梁的破坏由变形控制转变为承载力控制。预应力FRP筋混凝土梁跨中挠度与预应力增量基本呈正比例关系。FRP筋梁承载力随剪跨比的增大而减小,且剪跨比对开裂荷载的影响更显著。混凝土种类对预应力梁开裂荷载的影响大,而对无预应力梁的开裂荷载和极限荷载影响较小。本文推导的预应力FRP筋混凝土梁承载力计算结果与实测值吻合较好。

特高压输电塔在线路覆冰作用下的极限承载力分析

采用数值模拟方法研究了1000kV特高压双回输电塔在线路覆冰荷载作用下的极限承载力分析。以投入运行的1000kV淮南一上海特高压双回输电线路为例，建立了输电塔线体系有限元模型，并在此基础上，进行了线路覆冰作用下输电塔极限承载力的计算。结果显示输电塔在线路覆冰作用下的受力性能分为弹性、屈服、强化三个阶段。计算所得结论对该类1000kV特高压输电塔在抗冰设计方面有一定参考价值。

配筋率对盾构隧道混凝土管片承载力的影响研究

采用混凝土Rankine-Plasticity植入式钢筋模型,就配筋率对管片承载性能的影响进行了研究,研究表明:(1)植入式钢筋方法可较好地捕捉管片加载全程中的混凝土开裂、钢筋屈服、混凝土压碎等关键特征;(2)配筋率在0.29%~1.6%范围变化时,配筋率对管片屈服弯矩影响较显著,配筋率每增加1‰,屈服弯矩增加50~60 k N·m;屈服弯矩增加幅度随着配筋率增大而逐渐减小并趋于稳定;(3)管片轴力、混凝土抗压强度、钢筋等级等是控制配筋率对管片承载能力影响程度的重要因素,轴力增大、混凝土和钢筋强度降低等会弱化配筋率对管片承载力的影响;(4)配筋率对整环承载能力的影响要弱于其对管片承载性能的影响。

圆管与工字钢混合空间管节点非线性承载分析

以圆钢管为主管而以工字钢为支管的结构是一种新颖的钢管结构 ,其节点受力非常复杂 ,为了便于设计计算 ,有必要深入研究其承载性能。在应用非线性有限元法对圆管与工字钢混合空间管节点的承载性能进行分析时 ,采用四边形等参壳元来构造管节点的几何和材料非线性有限元模型 ,采用自动步长增量法来进行迭代计算 ,其中 ,有限元求解是通过 ADINA软件来完成的。通过分析大量算例 ,并对所得结果进行回归 ,得到了管节点在轴心受力和平面外受弯两种荷载条件下的极限承载力公式。最终结果对管节点的理论分析及工程实践均有指导作用 ,并且在新加坡 MEGA展览中心工程中得到了应用 。

既有钢筋混凝土旧桥受力性能的破坏性试验研究

服役多年实桥的真实承载能力和极限状态下的力学行为一直是研究人员关心的问题,但由于实桥破坏性试验实施困难,这方面的研究进展有限。该文对湖南省宁乡县一座服役43年的钢筋混凝土简支T梁桥实施了破坏性试验,考察了试验桥梁的全过程受力性能以及极限状态下的结构反应。首先对试验桥梁的材料强度、结构损伤及退化等进行了详细调查,试验中采用2个5000kN千斤顶对桥梁进行加载直至结构破坏,在此基础上进行有限元分析并与试验结果进行比较。试验结果表明:由于整体连接、边界条件、初始损伤等因素影响,试验实桥的受力性能表现出了结构模型与有限元分析不具有的局部非线性,但考虑了材料退化的有限元分析结果与试验结果呈现一定程度吻合;试验桥破坏形式为受拉钢筋屈服然后混凝土压碎的典型受弯结构破坏,除顶部混凝土压碎外桥梁支座等部位也出现了破坏迹象,表明实桥的破坏形式可能由多个因素控制。