滑移索结构分析的精确三维有限元法

针对现有滑移索结构分析方法适用范围有限、精度不高的缺点,提出了一种通用、高精度的三维滑移索单元法。基于悬链线理论和Euler-Eytelwein公式,同时考虑了温度效应和滑动摩擦,分别建立了已知单元无应力索长和已知张拉力的三维滑移索单元的基本方程组;利用矩阵微分从单元基本方程组导出了单元的切线刚度矩阵;建立了滑移索结构从张拉到后期加载的全过程精细化分析流程,可实现自动调用建立的各类索单元,准确分析各滑移点的摩擦;通过3个算例的计算及与现有理论解、数值解和试验结果的比较来验证该文所提出方法的可靠性和有效性。结果表明,该文提出的三维有限元法准确可靠,计算效率较高,适用于工程中各种滑移索结构的高精度非线性分析。

索膜结构找形方法研究进展

国内外大跨空间结构大多为采用索和膜的结构体系,而索膜结构作为一种新型柔性建筑结构,结构有了预应力的施加,才能形成具有一定刚度的初始形态,并能承受外部荷载,因此找形分析是这类柔性建筑结构的整个设计过程中的关键步骤之一。因此,本文对国内外索膜结构的找形方法总结整理,介绍各种方法的起源、应用以及发展创新情况,发现力密度法、动力松弛法和非线性有限元法是目前广泛用于索膜结构的找形方法。这三种方法都有优缺点,针对传统找形方法的缺点,不少学者进行了改进优化及创新。有的学者将几种方法进行结合,以弥补彼此的缺点;有的学者将在传统找形方法的基础上引入算法,得到更为精确地找形结果。

大挠度索结构的非线性有限元分析

本文基于有限元理论，将大挠度索离散为一系列小挠度索单元，推导出索结构的刚 度矩阵的显式。应用本文介绍的方法，可以计算任意挠度、作用有任意荷载的索结构。经过 算例对比，表明本文方法对于求解索结构是一种很好的方法。

大跨度斜拉桥索梁锚固中的非线性接触问题

采用非线性接触单元来模拟大跨度斜拉桥索梁锚固区垫板与承压板之间不焊接的紧压密贴关系,分析了大跨度斜拉桥索梁锚固中的非线性接触问题。计算结果与国外一些大跨度斜拉桥锚固区模型试验结果进行了比较,结果较为吻合,而计算方法更为先进。分析结果与提出的另一种简化计算方法———等效板厚法进行了比较,发现除垫板和承压板的局部外,两种方法计算结果接近;等效板厚法可用于初步设计时选型、初算,而非线性接触方法可用于最终计算及指导模型试验。

南京长江二桥斜拉桥施工过程稳定性分析

针对南京二桥南汊钢斜拉桥,考虑结构的非线性和构件的极限承载能力,计入施工过程的变形和应力的叠加效应,用包含梁和索单元的空间组合结构模型,进行了大桥的结构行为分析,着重研究了在施工全过程中的结构稳定性问题。

结构形式及材料性能对220kV电缆终端应力锥的影响

通过对220kV电缆终端应力锥在力场中进行的分析,说明结构形式及橡胶材料的性能对应力锥应力分布的影响十分明显。根据工程实际情况,由不同结构形式和橡胶材料组成了18种工况条件,并应用非线性有限元方法分别计算了各种工况下应力锥的应力分布。对环氧预制件结构的不同形式、应力锥锥角不同的大小以及采用不同性能的绝缘橡胶材料的应力锥应力分布曲线进行了分类比较,分析了结构形式和橡胶材料对220kV交联电缆终端应力锥应力分布的影响规律性。提出了结构形式和橡胶材料的选用建议,为实际设计提供参考。

双向张弦桁架结构施工过程跟踪计算理论与应用

基于梁杆非线性有限元理论和预应力索张拉力学模型建立了双向张弦桁架结构施工过程跟踪计算理论和计算方法,在AutoCAD平台上开发了计算软件.此方法可以考虑结构体系转换、施工荷载、边界条件、预张力等因素的改变对施工过程的影响,实现对结构施工全过程的跟踪模拟分析.通用有限元计算结果的对比表明所提出的计算方法具有足够的精度,工程实测结果对比说明所提出的计算理论和计算方法能够较好的反映实际情况,比较真实地计算出结构在施工过程中的力学行为,可对确定和优化结构施工方案提供理论指导.

具有扭转自由度的五节点索单元非线性有限元法

常见的索单元不具有沿轴向的转动自由度,但是在研究输电线覆冰舞动时,轴向的扭转不可忽略,基于此,提出一种新的通用的五节点索单元非线性有限元模型.该模型具有转动自由度,并考虑轴向变形与扭转变形的耦合,采用四次多项式作为位移插值函数及单元形状函数,运用全La-grangian坐标描述法,由虚功原理建立了有限元基本方程和单元切线刚度矩阵,集成后利用New-ton-Raphson法迭代求解.这样建立的非线性有限元分析方法不仅适用于一般悬索结构的分析,也适用于输电线这类需考虑扭转的特殊悬索结构的分析.算例结果表明,方法正确有效,具有较好的通用性,适用于各类悬索结构的分析、设计.

控制索原长求解索张拉力的反分析法

为对预应力空间钢结构的施工成形进行系统的研究,提出了基于控制索原长求解索张拉力的反分析法.从预应力状态开始,通过控制每一级张拉索的原长,进行非线性有限元迭代计算,求出索在分级分批施工时的控制力.方法的优点在于计算简单,省去了通用有限元需要反复试算的缺点.应用编制的程序对一弦支穹顶模型进行了施工过程的模拟分析,结果表明:反分析法能精确模拟结构的施工成形过程,且在整个过程中,每根索只需张拉一次,简化了施工工艺.

柔性边界预应力索网结构设计与施工

结合天津一汽成品车停放场悬索工程,介绍以双向多跨连续、轴线柱间以柔性索组成的劲性索桁架为柔性边界的索网结构,运用有限元分析软件对其进行非线性有限元分析与设计计算,介绍其施工安装方法。

几何非线性因素耦合作用下悬索管桥索结构的应力分布

针对悬索管桥索结构体系的几何非线性行为,进行了耦合作用下索单元刚度矩阵的分析。在此基础上以某黄河悬索管桥为原型,建立了悬索管桥有限元仿真模型。通过找形计算确定了索结构的初始位置。并在正常运营的工况下对该管桥采取非线性有限元分析,得到主索、风索、下稳定索、吊索及系索五种索结构的应力分布规律;同时利用工程检测数据验证了所用理论、所建模型和模拟结果的正确性。研究结果表明:在正常运营的工况下,悬索管桥各个索的应力值都远小于其标准破坏强度1 570 MPa;主索、风索、下稳定索的轴向应力沿桥中心呈对称分布;吊索体系、系索体系的各对索的应力以各自的第27对索为中心,也呈对称分布;应力最大的系索不是第27对系索,而是其两侧附近的系索。

悬索的变原长计算模式

本文从非线性弹性理论出发,采用泛函内积形式,建立了悬索非线性计算模式。提出了变原长迭代计算的基本思想,就一端固定、另一端张力已知的悬索模型,从Reissner变分理论出发,导出了该模式的非线性有限元的基本方程,使计算量大大减少。

自重对索网结构找形的影响

由于现在的计算机硬件和程序开发平台相对于过去有了很大的改进,因此,对于承受均布荷载的索网结构,有必要采用更精确的有限单元模型,对过去的简化两节点模型进行改进。本文作者采用五节点曲线单元模型建立了索网结构有限元模式,自编了程序,对索网结构考虑其自重作用下进行找形,并和原来两节点不考虑自重作用找形分析的结果作了比较,结果证明,自重对找形有一定的影响。

悬索结构非线性有限元分析

提出了一种适合于悬索结构空间非线性分析的三节点等参数索单元有限元模型．在三维整体坐标下，由应变的定义得到了可以考虑任意高阶位移影响的非线性应变几何关系．采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标描述法，并由虚功原理建立了非线性有限元增量方程及切线刚度矩阵．算例计算表明，本文方法可用于各种悬索结构的计算分析．

索网结构有限元找形与参数分析

索网结构的形状确定和预应力分布是一对相互影响的参数 ,需要通过找形实现。工作阶段的曲面几何受多种因素作用容易出现几何形态失稳 ,这些因素归根结底通过影响预应力分布从而影响曲面几何。通过考虑自重和初始预应力分布差异的参数分析 。

单层平面索网幕墙结构非线性分析

针对单层平面索网幕墙结构静力分析的特点,提出了二节点直线杆单元有限元模型。建立了非线性有限元基本方程,利用Newton-Raphson法进行计算,编写了相应的有限元程序。结合实例对索网结构的位移和应力进行了计算分析,并与ANSYS软件计算结果进行了对比,二者吻合较好。分析结果表明此单元模型有较好的精度,能适用于单层平面索网幕墙结构的非线性分析。

索加强张拉膜结构的荷载分析方法

本文从几何非线性有限元分析原理出发,推导了适合于索加强张拉膜结构荷载分析的非线性有限元公式,提出了一种解决膜单元皱折问题的简单、有效方法.编制了计算机程序,从而完成了索加强张拉膜结构的荷载分析问题.最后以日本冲绳第75届博览会入口膜结构作为计算实例,得到了令人满意的结果.

大跨度索膜屋盖结构的风振系数研究

索膜屋盖结构重量轻、柔度大、阻尼小,风荷载成为外力作用的主要因素。在索膜结构设计中,风振系数成为确定结构风荷载的主要参数。本文首先讨论了风振响应统计量与风振系数的概念,然后提出采用非线性有限元分析与人工神经网络相结合的新方法,寻找风振系数与平均风速以及与索膜预张力之间的关系。以一个大型索膜屋盖结构为例进行了分析,验证了该方法的有效性。获得了风振系数随平均风速和索膜张力变化的规律,为索膜结构抗风设计提供了科学依据。

悬索结构平衡及振动非线性有限元分析

采用五节点索单元，提出了悬索结构平衡及自由振动非线性分析的一种新的有限元方法，将索元变形后的位置用修正的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标的四次多项式来表示，并在索元变形后的位置上由虚功原理建立了非线性有限元基本方程．所提出的非线性有限元分析方法可充分考虑拉索的几何非线性特性的影响，并给悬索结构的找形及振动分析带来方便．此外，对单索结构的平衡及自振特性进行了计算分析．

斜拉-悬吊协作体系桥地震反应分析

为研究斜拉-悬吊协作体系桥的抗震性能,以一座主跨1 400m的斜拉-悬吊协作体系桥方案为背景进行分析。采用MIDAS Civil建立桥梁三维有限元模型,采用地震反应谱和时程分析方法进行水平和竖向地震作用下结构的地震反应分析以及结构非线性对地震反应的影响分析,并通过与相同主跨悬索桥和斜拉桥方案地震反应的对比,探讨斜拉-悬吊协作体系桥在超大跨度桥梁中的适用性。结果表明:在水平地震作用下,斜拉-悬吊协作体系桥塔、梁结合处的主梁和塔柱以及塔底截面产生最大内力,应重视这些关键截面的抗震设计;斜拉-悬吊协作体系桥的抗震性能介于斜拉桥与悬索桥之间,更偏向于悬索桥,比斜拉桥优越,适用于主跨超千米的大跨度桥梁。