涉水高墩现浇箱梁支撑体系的承载能力分析和方案优化

混凝土现浇梁支架虽然属于临时结构,但仍具有承载功能,而且随着桥梁工程的发展,高大支架的受力也越来越复杂,传统的结构力学手算方法已无法全面反映和权衡特殊体型、特殊部位和特殊工况的受力情况。为保证工程的顺利开展,需采用数值方法进行整体承载力计算和方案设计。该文采用Midas/Civil有限元软件,从强度、刚度、稳定性和经济性(用钢量)等方面综合评价满堂支撑、梁式支撑体系的安全性能和通用性。结果表明:(1)满堂支撑虽然施工简单,用钢量小,下部支撑杆系较多,受力均匀,变形小,最大挠度仅为2.82 mm,但是强度和稳定性不及梁式支撑,对场地要求还高。当应用于高大桥梁时,需整体进行屈曲分析,谨防结构失稳破坏;(2)梁式支撑虽然不会发生强度和失稳性破坏,对场地和地基基本没有要求。但是其用钢量高、施工难度也大,并且因跨中缺乏竖向支撑,变形有所增加。因此,在应用于“预拱度”要求较高的复杂桥梁工程中时,需进行找形分析;(3)在力学指标均达标的前提下,可以适当调整贝雷梁横向净距或下弦杆加强等措施,以获取经济性。以该文案例工程为例,贝雷梁净距由80 cm调整到100cm,可以节省约10%的用钢量。

预应力张弦梁钢支撑系统力学性能分析

为明晰预应力张弦梁钢支撑系统的力学性能,应用MIDAS/GTS有限元分析软件对预应力张弦梁钢支撑系统及周围土体进行三维模型仿真模拟;获得围护结构位移、基坑变形、预应力张弦梁钢支撑系统变形特性和内力变化规律,并与施工现场的监测数据进行对比分析。研究表明,基坑位移的数值仿真结果与现场监测数据基本吻合。在不同工况下,围护结构的垂直位移沿着垂直范围变化较小,靠近基坑角隅部分受到两个方向的约束作用,围护结构位移较大的区域集中在基坑长边中部区域。随着开挖深度增加,基坑附近沉降分布表现为抛物线形,沉降最大值发生在基坑长边,且距离基坑长边越远沉降值越小。预应力张弦梁钢支撑系统受力均匀,布置合理,钢对撑与钢角撑能够较好的承受水平土压力,张弦梁结构可以提升围护结构,保证基坑工程的安全。

新型装配式铁路便梁钢支墩栓接钢节点力学性能分析

本文基于对传统混凝土结构铁路通用便梁临时支墩进行设计和优化,提出一种新型装配式栓接钢箱梁结构形式的铁路通用便梁支墩,该新型结构相较于传统的铁路便梁支墩而言,具有工厂加工简单、减少施工周期、可以重复利用、具有较高的经济效益等优点,可广泛应用于下穿铁路轨道顶推施工时便梁支墩的架设。新型铁路便梁支墩采用栓接装配式结构,栓接作为整体结构的关键受力节点,其安全性和可靠性至关重要。因此本文通过建立ABAQUS有限元模型,对其整体结构及其分节段处栓接节点进行非线性及失效模式分析。分析结果表明:新型装配式钢结构便梁支墩整体未出现失稳现象,结构整体性能完好。栓接节点的受力特性为底板螺栓孔在弹性节段时承受主要荷载,在底部螺栓孔达到塑性后侧板螺栓孔开始承受主要荷载,最终底板及侧板螺栓孔同时发生剪切破坏。设计时应考虑对底板和侧板的螺栓连接部位进行加强,适当提高其抵抗冲切破坏的能力。

简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区设计及工程应用

以国内某座简支转连续钢-混组合梁桥为依托,提出了一种简支转连续结构负弯矩区构造设计方案。采用有限元分析和实桥试验相结合的方法,对简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区的受力性能进行分析,验证了该构造设计的可行性,最后就负弯矩区改善开裂的措施进行了探讨。研究结果表明,对于钢-混组合连续梁桥,简支转连续的施工方法与焊接连续施工方法相比,可减小墩顶负弯矩;承载能力极限状态时,负弯矩区混凝土最大裂缝宽度满足规范要求;桥面板钢筋直径以及混凝土自身力学特性是影响负弯矩区开裂的关键因素,适当加大桥面板钢筋直径、采用超高性能混凝土可以有效减小简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土的开裂;顶升支座法可以在一定程度上减小墩顶负弯矩,对控制开裂有利。

基于BP人工神经网络的简支梁桥结构振动响应预测

针对有限元模型存在工作量大、计算耗时、无法实现结构响应的快速预测等问题,提出了基于BP神经网络算法的简支梁桥结构应力与位移预测模型。以某简支梁桥为工程背景,通过Midas/Civil有限元软件建立三维杆系有限元模型,并在考虑参数不确定性的基础上使用有限元模型得到完善的训练与测试样本数据集,建立了基于人工神经网络的桥梁结构响应预测模型。研究结果表明,构建的人工神经网络预测模型可在满足预测精度的基础上实现结构响应的快速预测,荷载试验实测值与模型预测值的最大误差在12.46%以内,且拟合优度均在0.9以上。该预测模型后期可与桥梁健康监测系统相结合,实现简支梁桥结构响应的实时分析,可应用于简支梁的结构响应评估工作。

大跨度管桁架屋盖整体提升对下部混凝土结构的影响研究

为研究张家口奥体中心游泳馆大跨度管桁架屋盖在提升过程中对下部混凝土结构的影响,分析了不同数量、不同布置方式的提升架对混凝土楼板和框架梁挠度影响。设计5种不同提升架模型,研究其受力特性。研究结果表明,提升架模型d在风荷载作用下的水平位移为其他模型的2倍,模型e 4个吊点在相同竖向荷载作用下传递至支座的轴力相差较大。提升架吊索失效不利于提升架受力,应予防治。当提升架支座反力作用于梁板时,只对受力点影响较大,对其余部位影响较小,且多受力点共同作用对梁板的影响为多个单受力点对梁板影响的线性叠加。薄弱区框架梁承受提升架支座反力时,可在梁下部加设临时钢柱支撑,加设支撑后梁最大挠度减小约50%。

基于不同工况的矿用液压支架掩护梁有限元分析

以煤矿常用的ZY3800型液压支架为研究对象,利用SolidWorks及ANSYS软件建立液压支架的立体几何模型,并通过ANSYS软件对支架掩护梁结构开展不同工况下强度及刚度的有限元分析,结果表明,掩护梁在扭转工况下出现了明显的应力集中现象,最大应力值达到了569.28 MPa,超出了材料的屈服极限。通过加厚前端盖板及筋板厚度的方式对掩护梁应力集中部位进行优化,使扭转工况下掩护梁的应力最大值下降了44.48%,最大形变量减少了11.32%。此次结构优化使掩护梁结构在扭转工况下的最大应力降低到了材料屈服强度以下,为保障企业的安全生产工作提供了坚实的理论依据。

关于液压支架掩护梁结构的优化设计研究

利用SolidWorks和ANSYS软件构建了ZY13000型液压支架的有限元模型,对掩护梁结构承受冲击载荷时的受力情况进行仿真分析。结果发现,掩护梁结构承受的应力非常不均匀,最大应力达到了674.3 MPa,几乎接近材料的屈服强度690 MPa,存在一定风险。从掩护梁整体箱型结构和千斤顶耳座结构两个方面进行优化设计,再次对优化后的掩护梁结构进行受力分析,发现最大应力降低至446.1 MPa,降低的幅度为33.84%。将优化后的掩护梁结构应用到液压支架工程实践中,经过6个月时间的现场测试,发现整体运行良好,使用寿命可延长20%左右。

关于煤矿液压支架顶梁结构强度的探讨分析

以ZZC8800/20/38充填液压支架后顶梁为研究对象,介绍一种后顶梁多目标优化设计。根据充填液压支架后顶梁基本结构,利用有限元仿真软件构建仿真模型,从静态强度性能和动态强度性能两个角度实施后顶梁结构强度仿真分析。根据分析结果,采用多目标优化设计法,介绍充填液压支架后顶梁优化设计方案,将优化设计应用于工业性试验,确认优化设计可有效提高后顶梁多方面强度性能。

支撑形式对环梁结构受力性能影响的有限元分析

装配式钢结构除尘设备是由预制钢板焊接而成的大型钢筒结构,依靠环梁承担全部工况荷载,受工作环境的温度应力、圆环钢板冷弯残余应力影响,环梁结构支撑形式对结构承载力影响较大。本文对环梁结构在三种工况荷载作用下,考虑残余应力影响,比较了固定端、简支两种支撑形式,对结构承载力进行有限元分析。结果表明,不论对于简支还是固定端约束,结构随温度升高应力增加,稳定性降低。两种约束下,钢板残余应力对结构的应力影响不同,固定端约束下结构变形随温度变化在初始位置上下移动,由变形产生的应力过大,叠加残余应力后导致结构局部应力过大;简支约束下随温度变化结构变形始终处于初始位置以下,有利于上部圆环钢板残余应力分布,但支撑与结构连接处应力增加。因此,对于此类结构的支撑形式,选择简支约束更为合理。

低真空高速磁悬浮简支管道梁结构优化设计研究

低真空超高速磁悬浮管道运输系统是继高速铁路后能解决中长距离运输的有效途径。针对目前低真空预应力混凝土和钢−混凝土组合管道梁结构的优化设计研究较为欠缺的现状,以常用30 m跨低真空磁悬浮简支管道梁为对象,建立5种不同管道梁截面的ANSYS三维实体有限元模型,开展精细化的有限元数值仿真分析研究。考虑材料非线性特性,分析管道梁截面形式和预应力钢筋布置形式对预应力混凝土管道梁关键截面强度、刚度和自振频率的影响。同时,进一步研究组合管道梁上部钢壳厚度、横向加劲肋宽度和高度等参数对强度和刚度的影响。最后,综合5种管道梁截面的各项分析结果,得到了一种最优的截面形式。研究结果表明:下部U梁、上部圆形截面,以及直线布束的预应力钢筋更能满足管道梁的受力要求;钢−混凝土组合梁中上部钢壳厚度、横肋间距等均能显著影响刚度和强度,得到了最佳壁厚为50 mm,最佳横肋间距和高度为4 m和250 mm;跨中截面变形和受拉区混凝土应力是控制截面设计的关键参数,受压区混凝土应力及普通钢筋应力处于安全状态,各类截面预应力钢筋应力沿纵向分布较为均匀,截面1的预应力混凝土管道梁为最优截面。本文研究成果可为相关学者开展管道梁结构设计提供参考。

差分电容式MEMS加速度计的结构设计及仿真

为了扩大加速度计的测量范围、提高其灵敏度并且控制成本,提出一种差分电容式MEMS加速度计,并介绍了其敏感机理,即输入加速度时硅质量块产生相应位移,与钯银电极形成差分电容。通过建立输入加速度、电容差及输出电压三者之间的关系,即可检测z轴加速度。使用有限元分析,设置加速度为±100g范围内,对该加速度计支撑梁厚度变化时其应力、位移变化情况进行计算和分析。结果表明,差分电容式MEMS加速度计具有加速度计效应,加速度在±100g范围内线性度良好。加速度计在梁厚为0.058 mm时,输入加速度和位移的最佳比例系数为10-7m/g,其机械灵敏度、位移灵敏度和电容灵敏度较梁厚为0.075 mm时分别提高了10%、38%和37.9%。该研究为后续结构改进、性能优化奠定了理论基础。

ZY12000/28/64D型矿用液压支架掩护梁结构性能研究

掩护梁是液压支架的主要承重部件,为掌握其在使用过程中的结构性能,以杜儿坪矿ZY12000/28/64D型液压支架中的掩护梁为研究对象,利用Solidworks和ANSYS软件,进行掩护梁的有限元仿真模型建立,从其应力变化、结构变形等方面开展掩护梁的结构性能研究,表明ZY12000/28/64D型液压支架掩护梁的底部中间区域、前端左侧铰接耳处出现了较大的应力集中及结构变形现象,为整个结构的薄弱部位,掌握了其结构的变化规律。同时,从结构强度设计、材料属性、热处理等方面,提出了掩护梁的结构优化改进措施。研究对提高掩护梁的结构性能及安全性具有重要参考价值。

新型屋顶光伏支架基础简化计算设计方法

为了解决在一些薄板和对裂缝要求比较高的建筑物屋面板做屋顶分布式光伏,文章提出对光伏支架立柱下增加转换梁,把基础支墩放置在主次梁上的布置形式,并对该新型布置形式提出了二维简化计算方法。运用3D3S三维计算软件,对有转换梁和无转换梁的光伏支架分别进行三维有限元计算。对比二维简化计算方法和三维有限元计算,可知二维简化模型计算结果与三维模型计算结果相接近,满足工程需要,同时,简化计算方法具有计算简便、实用的特点。对比有转换梁和无转换梁的光伏支架三维有限元计算可知,转换梁的使用方便了屋顶光伏的布置,并没用明显增加基础用量。

不同内支撑支护体系对深基坑开挖变形的影响分析

本文基于天津市滨海新区A07地块项目深基坑工程,首先研究了规则形状的深基坑环梁和直梁的支撑效果,发现环梁支撑结构在基坑开挖支护中的效果明显优于直梁支撑结构.其次,以有限元ABAQUS软件模拟分析实际案例下大直径环梁支撑型式对深基坑开挖变形的影响,并与直梁支护深基坑对周边环境的影响作对比.分析结果表明,数值模型可较准确地模拟深基坑开挖施工过程.结果显示,大直径环梁支护体系相比于直梁支撑体系,可更好地控制基坑开挖引起的周边土体变形.

大跨双向张弦结构不平衡支撑式滑移技术研究

针对大跨双向张弦结构提出一种滑移施工方法——不平衡支撑式滑移施工技术,即在施工过程中,通过对索施加合适的预应力,增加结构原有支座的竖向反力,弱化中间滑道临时支撑。基于不平衡支撑式滑移施工技术,以国家体育馆为例建立模型,分析不同索初始索力下关键杆件应力、关键点竖向位移、多滑道支撑的支座反力变化等,探讨大跨双向张弦结构不平衡滑移施工的可行性。研究结果表明:在保证结构安全稳定的前提下,选择适当的索初始索力,可以弱化结构中间临时支撑,减少临时支撑及其下部基础的造价,进而降低滑移施工总成本。

混凝土曲线梁桥的温度作用效应研究

温度作用是混凝土曲线梁桥产生"典型病害"的主要原因之一。为了更真实地揭示曲线梁桥在温度作用下的反应规律,基于ABAQUS建立了某三跨混凝土连续梁桥实体单元模型,采用"间接耦合"的方法实现温度荷载的施加,对多种支座布置工况下混凝土曲线梁桥的季节温差和日照温差效应进行计算。结果表明:季节升温作用下曲线梁桥基本不会产生扭转效应;竖向升温梯度会使曲线梁桥向外扭转;而横向升温梯度,无论沿径向由内向外或由外向内引起的扭转效应非常小;合理的支座布置形式,可以改善混凝土曲线梁桥在温度作用下的支座受力状况。

混凝土损伤塑性模型参数计算方法及试验验证

基于已有混凝土损伤塑性(CDP)模型及其相关参数计算方法,建议一种确定CDP模型损伤因子的单轴应力-应变曲线,并推导对应的损伤因子计算公式。采用该建议公式和ABAQUS有限元软件对2根钢筋混凝土试验梁进行分析,并将分析结果与试验值进行对比,结果表明:计算值和试验值符合较好,验证了CDP模型用于混凝土结构非线性分析的适用性及本文建议公式的合理性,为相关学者进行混凝土非线性分析时提供参考。

基于挠度差值影响线的简支梁桥损伤识别研究

推导了简支梁某一点的挠度随移动荷载位置变化的解析解,在理论上证明了挠度差值影响线对结构损伤识别的可行性.提出用损伤前后一点的挠度差值来识别损伤,为验证该方法的正确性,采用一个单跨简支梁进行有限元模拟.通过有限元计算表明该方法对单损伤简支梁的损伤位置和损伤程度具有准确的识别能力.

基于准静态广义影响线的有限元模型修正方法在简支T梁桥中的运用研究

阐述基于准静态广义影响线的有限元模型修正方法的基本理论,并将其成功运用于长寿长江大桥南引桥的静载试验中。研究结果表明,用修正后的有限元模型对长寿长江大桥南引桥的静载试验进行模拟分析,其模拟预测值与实测值比较吻合,说明本方法在静载试验中运用的可行性。