Three-Dimensional Thermo-Elastic-Plastic Finite Element Method Modeling for Predicting Weld-Induced Residual Stresses and Distortions in Steel Stiffened-Plate Structures

The objective of the present paper is to develop nonlinear finite element method models for predicting the weld-induced initial deflection and residual stress of plating in steel stiffened-plate structures. For this purpose, three-dimensional thermo-elastic-plastic finite element method computations are performed with varying plate thickness and weld bead length (leg length) in welded plate panels, the latter being associated with weld heat input. The finite element models are verified by a comparison with experimental database which was obtained by the authors in separate studies with full scale measurements. It is concluded that the nonlinear finite element method models developed in the present paper are very accurate in terms of predicting the weld-induced initial imperfections of steel stiffened plate structures. Details of the numerical computations together with test database are documented.

船舶撞击下弧形钢闸门的动力分析

针对撞击过程中闸门损伤的瞬时多变性等问题,本文采用有限元法模拟船舶撞击弧形钢闸门。利用ANSYS建立船与闸门的接触模型,采用LS-DYNA3D进行有限元仿真分析。研究了不同速度和船舶质量的船舶撞击力,不同工况下闸门的位移、等效应力和等效塑性应变以及撞击过程中的能量特征曲线。根据闸门受力特点布置压杆,研究其对支臂的保护作用。计算结果表明:支臂和面板是受到闸门结构安全防护的重点部件,在支臂的分叉点与纵梁翼缘上均匀布置压杆,能够吸收撞击动能,减少闸门损伤。仿真模拟结果展现了船舶与弧形钢闸门碰撞全过程,为闸门的设计和制作提供了真实可靠的数据,也对现有闸门的加固提供了参考。

钢管混凝土拱桥缀板鼓包应力的测试方法

钢管混凝土拱桥的缀板在灌注混凝土的泵送施工中极易产生鼓包现象,鼓包处的应力测试对工程处置极为重要,但因其位置和大小有一定的偶然性,难以采用预置传感器方法进行.需采用固有应力的测试方法.本文提出了用局部微损的小盲孔表面应力释放测试方法进行钢管混凝土拱桥缀板鼓包应力的思路.并结合工程实例研究了方法实施过程中遇到的若干问题,如方案的选择、测试的理论依据、实施过程和对结果的解释等问题.

宝兰客专泥岩隧道受力特性试验研究

以宝兰客专上的安定泥岩隧道为工程背景,通过现场监测并结合室内相关土工试验,研究泥岩物理特性、围岩压力、钢拱架应力、初支与二衬接触压力、二衬钢筋轴力和混凝土应力等参数随时间变化的规律及空间分布特征。研究结果表明:安定隧道泥岩的膨胀性为无膨胀至弱膨胀,但泥岩遇水存在一定的崩解性。各测点围岩压力随时间增长,仰拱拱底的围岩压力最大,但最后都逐渐趋于稳定;钢拱架应力值不稳定,分布不均,波动较大,边墙墙脚处应力最大,但最终趋于稳定;初支与二衬接触压力总体较大,变化幅度较大,在边墙墙脚和拱顶处应力最大且随着时间增加最后趋于稳定值;二衬钢筋轴力均表现为压应力,内外层钢筋轴力变化趋势近似;混凝土应力普遍偏大,右拱脚处出现拉应力,左侧应力大于右侧应力。

特大跨钢管混凝土拱桥徐变效应分析

以某特大跨径钢管混凝土拱桥为研究对象,进行1∶2.5缩尺的拱肋拱脚段上弦管钢管混凝土构件徐变模型试验,并引入考虑钢管约束的新的钢管混凝土徐变系数,结合有限元模拟和实桥实测,研究特大跨钢管混凝土拱桥的徐变效应。结果表明:试验模型在180 t荷载持续加载1 a后,钢管承担的荷载增加了1.2倍,管内混凝土承担的荷载下降了53%,内力重分布现象明显;截面含钢率和钢与混凝土的弹性模量比对钢管混凝土徐变系数有较大的影响;钢管应力的有限元计算结果与实桥实测结果的变化趋势总体一致,数值接近,且随施工的推进而增大;管内混凝土的应力较复杂,有限元计算结果与实桥实测结果有一定的差别,实桥实测应力较小,甚至出现拉应力。

室温下304不锈钢的单轴循环棘轮行为实验研究

在室温下对固溶处理的304不锈钢进行了系统单轴应变与应力循环实验。 研究了具有平均应力的工程应力幅值历史以及相同工程应力幅值下平均应力历史、每一循环平均应力有一固定应力增量的应力幅值历史对单轴棘轮变形行为的影响。得到了一些有意义的结果。

预应力钢绞线力学性能试验研究

以1×7结构钢绞线为例,研究钢绞线拉伸时的力学特性,找出预应力钢绞线断丝检测方法和探索松弛过程中塑性应变量。通过比较完整钢绞线和2种断丝情况下的曲线图,可以在不破坏混凝土的情况下判断钢绞线是否存在断丝,为断丝检测提供参考依据。松弛试验中,首先进行钢绞线的拉伸试验,并根据试验数据拟合出加载力和钢绞线应变的关系表达式;之后进行钢绞线的松弛试验,记录松弛过程中各时间点钢绞线的实际应变值,绘制应力松弛曲线、计算松弛率;最后在相应时间点处,通过关系表达式计算得出对应加载力下的拉伸应变,拉伸应变量减去对应的松弛应变量,即得塑性应变量。

超大跨度干煤棚结构选型研究

通过多种结构方案的比较,研究了200m以上超大跨度干煤棚结构的设计选型,得出超大跨度干煤棚的适宜结构形式。依据国家规范及建设方使用功能要求,确定干煤棚结构的荷载作用和设计控制指标要求,在此基础上对结构进行设计选型。通过多种方案比较确定预应力拉索形状、预应力施加控制原则及最优柱距;最后通过存煤效益比较,得出最优跨度。结果表明:大跨度索拱桁架结构的各项技术经济指标均表现良好,适宜在200m以上跨度的干煤棚结构中采用。

大跨度钢管混凝土拱桥拱肋弹塑性阶段应力分布特点研究

为了研究大跨径钢管混凝土拱桥拱肋弹塑性阶段截面应力分布特点,以平南三桥为工程背景,分别推导了钢管混凝土拱肋在弹性、弹塑性阶段应力分配的理论公式,并与有限元数值仿真试验计算结果进行对比分析。研究表明:在弹性阶段,钢管与混凝土应力是按照弹性模量进行分配,超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)的弹性模量大于普通混凝土,因此UHPC的压应力约为钢管的25%,而普通混凝土仅约为18%,同时在该阶段混凝土还具有较大的压应力储备;在弹塑性阶段,钢模量减少,混凝土应力持续增大,混凝土的应力增加到钢管的45%,采用UHPC才能满足其强度需求。因此,将钢管与UHPC组合,通过适当减小钢管壁厚让钢适时屈服进入弹塑性阶段,可在一定程度上发挥UHPC的抗压性能,减少结构用钢量。

脱空对钢管混凝土短柱偏压性能的影响研究

为研究脱空对钢管混凝土拱肋偏压性能的影响,以某上承式钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱肋脱空检测结果为依托,采用Abaqus有限元软件建立模型,分析不同脱空率下圆钢管混凝土偏心受压短柱的破坏模式、累积塑性应变、钢管环向应力、极限承载力等,并提出在钢管内侧焊接PBL加劲肋的构造优化方案以降低脱空影响。结果表明:核心混凝土脱空导致钢管中部出现大面积凹曲,凹曲程度和累积塑性应变随脱空率的增大而增大;在轴向平均应变小于800με时,钢管对混凝土基本无约束力,后期随着脱空高度增加套箍效应逐渐减弱;极限承载力随脱空率的增大而降低,降低幅度逐渐减缓;PBL加劲肋可改善脱空构件的破坏模式,在增加一定含钢率的情况下,显著提高极限承载力,降低脱空带来的影响。

钢拱架塑料大棚棚体结构的应力测试

本文对设计研制的LPB—10型钢拱架塑料大棚棚体结构的模拟试验结果进行了分析研究,并与设计计算结果进行了对比分析。认为原设计方案是可行的,计算数据可靠,可在华北、华中、西北及东北大部地区推广使用。

辽宁省塑料拱棚发展现状与问题分析

辽宁省塑料拱棚蔬菜种植技术应用历史悠久,棚室更新换代和种植模式发展速度较快。围绕辽宁省塑料拱棚发展现状及生产中存在的主要问题进行分析研究,并提出相应的解决措施,以期为提高塑料拱棚蔬菜种植效益提供参考。

林用钢拱架塑料大棚的结构设计研究

根据林区育苗生产的需要,本文对塑料大棚棚型的选择,材料及结构尺寸的确定进行了设计计算。并对试制生产的棚体结构进行了野外生产考验。认为该设计方案是合理的,其强度、刚度及稳定性均满足要求。

隧道型钢钢架应力量测方法

介绍了采用钢弦式表面应变传感器、千分表和钢筋应力传感器量测隧道型钢拱架应力的方法及其优缺点;采用力学计算和数值模拟的方法,对比分析了钢弦式表面应变传感器和钢筋应力传感器量测隧道型钢拱架变形(或应力)存在的差异。研究结果表明:千分表法量测的型钢拱架变形存在一定的误差,因为量测的是圆弧拱弦的变形,而且探头的安装比较烦琐,不便测试,对施工的干扰较大;钢筋应力传感器量测的型钢拱架变形并不是型钢拱架本身受力的变形,因为钢筋应力计焊接后对所测部位的型钢拱架起到了加固作用,力学计算结果表明:其所量测的变形值是型钢钢架和钢筋应力计两者共同受力产生的变形值。有限元模拟结果表明:由于钢筋应力计的存在,增加了型钢拱架的截面面积,使得型钢拱架在焊有钢筋应力计部位的轴力减小了20%左右;弯矩减小了10%～20%左右;钢弦式表面应变传感器能够比较真实地反映钢架的应变和受力,具有现场操作快捷、长距离测试方便、精度和灵敏度高、长期稳定性好等特点。推荐采用钢弦式表面应变计量测型钢拱架应力。

双连拱钢波纹板涵洞受力变形特征

为了明晰双连拱钢波纹板涵洞与其他涵洞形式的变形特征差异,先采用数值模拟的方法,对比并排圆形钢波纹板涵洞、双连拱钢波纹板涵洞在填土荷载作用下的变形及应力分布规律,得到双连拱混凝土基座钢波纹板涵洞受力变形特征,并通过对依托工程钢波纹板环向应力随填土高度的现场测试,进行对比验证。结果表明:由于混凝土基座的限位作用,变形量远小于圆形钢波纹板涵洞,应看作是刚性结构,不宜采用环向压力理论的极限状态法进行安全检算;其轴力由拱顶向两侧拱脚逐渐增加,拱脚部位的数值是最小的,轴力数值大于圆形钢波纹板涵洞;拱顶部位弯矩方向向洞内,拱腰以下弯矩方向向洞外,弯矩数值小于圆形钢波纹板涵洞。除此之外,钢波纹板的变形及应力分布规律整体上是一致的,验证了数值计算的正确性,但受螺栓连接造成结构刚度不连续及施工填土压实度不足的影响,双连拱混凝土基座钢波纹板涵洞易出现应力集中现象,拱顶及拱腰部位是最不利位置,涵洞的整体安全性显著降低。建议双连拱钢波纹板涵洞施工中需要特别注意螺栓连接的施工质量及填土压实度,以保证涵洞结构的填土施工安全。