Experimental Study and Finite Element Analysis on Ultimate Strength of Dual-Angle Cross Combined Section Under Compression

This paper investigates Q420 dual-angle cross combined section columns under axial and eccentric compression by conducting experiments.The specimen parameters,experimental setup,and test results are presented.It showed that local buckling occurred apparently for single internode specimens(λ<35)under axial compression,while overall bending buckling appeared for others,and no torsional buckling occurred.The theoretical formulas on stability factor were derived by the energy approach.Non-linear finite element models considering residual stress were established using ANSYS which were verified by the corresponding experimental results.The parametric study was to evaluate the effects of slenderness ratio(λ),width to thickness ratio of angles(b/t),the number of filled plate(n),load relative eccentricity(e)and the lateral support stiffness on the ultimate strengths of dual-angle cross combined section columns.Based on above analysis,the design equations are proposed by using curve fitting technique.It is shown from comparison between test results,finite element analysis and related specifications that the ultimate strength from theoretical formulas,proposed equations and finite element models are consistent with experiments results.

复合纤维的三角形截面梁组合扭转理论研究

基于板梁理论,首先通过各板件的位移、应变、应力及FRP(增强复合纤维)材料的本构关系推导出悬臂梁在端部受集中扭矩情况下组合扭转的总应变能及总势能,接着基于能量变分法构建了FRP三角形梁组合扭转问题的能量变分模型与微分方程模型,最后通过边界条件求得最大扭转角的近似解析解,并与Ansys有限元软件模拟结果进行验证,验证结果表明理论计算得到的近似解与有限元模拟解基本吻合,证明了理论模型的正确性,可为工程设计提供参考。

基于板-梁理论的双轴对称三角形管翼缘工字形梁组合扭转的理论研究及有限元验证

基于板-梁理论推导双轴对称三角形管翼缘工字形悬臂梁的总应变能方程,得到梁的翘曲刚度和自由扭转刚度,然后通过外力势能和总应变能得到总势能方程。再依据能量变分模型、微分方程模型及边界条件得出悬臂梁端部最大扭转角公式,将求出的最大扭转角与用ANSYS建立的有限元模型计算结果进行对比。结果表明,悬臂梁在端扭矩作用下的扭转角理论值与有限元值较为接近,误差最小的绝对值为2.40%,最大的绝对值为4.44%,可为工程设计提供参考。

少筋微弯板组合梁旧桥检测评估及处治技术

为评估少筋微弯板组合梁桥在运营期间的承载能力,并研究合理的处治方案,以某5×16.8 m的钢筋混凝土Ⅰ型梁+少筋微弯板组合梁桥为研究对象。对该桥外观状况、材质状况进行检测,同时通过承载能力检算、静载试验等进行综合评估,采用综合比对方式确定维修改造方案。结果表明:主梁共计存在239条结构裂缝,裂缝最大宽度为3.14 mm,远超规范限值,上部结构承载能力不满足规范要求,且微弯板梁裂缝仍存在持续扩展的趋势。采用更换上部结构为连续钢箱梁形式,保留下部结构,具有工期短、总投资较低等优点,改造后,桥梁运营状况良好。

梁拱组合桥顶推导梁选型优化研究

梁拱组合桥整体顶推施工时,通常在主梁的前端配置导梁,以增大顶推法所适用的桥梁跨度。本文以杭州某梁拱组合桥整体顶推施工为研究背景,为改善顶推过程中钢梁、钢拱等主要构件在大悬臂状态的受力状况,采用有限元分析方法,分析并确定导梁长度、重量和刚度的最优取值。结果表明:导梁与主梁比重越小,对45m~188m区段内的主梁内力越有利;导梁刚度比的改变对主梁内力影响较小;综合考虑,导梁与主梁比重、刚度比、长度比均取0.5左右较为经济合理。

不同工况下螺栓连接梁有限元仿真分析与强度校核研究

为研究螺栓连接梁在不同危险工况下的结构强度及安全性,采用了仿真和理论相结合的方法,对受偏心载荷的螺栓连接梁危险工况进行综合分析。并针对仿真结果中应力较大的螺栓部分采用了建立子模型的方法进一步仿真分析,以确保横梁结构安全可靠。使用了力线平移定理对横梁所受载荷进行简化,并对横梁进行强度校核。结果表明:横梁在危险工况下各结构均满足强度要求,且不同危险工况对横梁结构的变形及应力影响较小;螺栓预紧力是导致螺栓结构产生较大应力的原因,而外载荷对螺栓结构的影响较小;在忽略螺栓结构对横梁结构的影响后,横梁强度校核结果与仿真结果近似相同,且均满足材料的强度要求。综上所述,通过仿真分析及理论强度校核均可证明该螺栓连接梁在各工况下均能满足强度需求。同时研究成果也为后续研究该类型横梁提供一定的仿真及理论依据。

基于板-梁理论的槽形截面薄壁杆件组合扭转能量方程与有限元验证

传统薄壁杆件理论主要依据乌曼斯基第二理论,存在一定的局限性.本文通过刚周边假设得到槽形截面横向位移,基于Euler梁理论和Kirchhoff板理论建立槽形截面的应力、应变关系,推导得到槽形截面组合扭转的能量方程;运用有限元软件ANSYS模拟验证了本文方法的正确性.本文研究表明Euler梁理论和Kirchhoff板理论分析槽形截面薄壁杆件组合扭转的可行性,相应的研究成果可为该类截面的设计提供参考.

大跨度斜拉桥钢-混结合段局部受力预测方法

为避免斜拉桥出现应力过于集中而导致事故的发生,提出大跨度斜拉桥钢-混结合段局部受力预测方法。根据不同结构的钢-混结合段构造方式与特点,确定传力模式和传力路径,明确各部件的受压状态;通过建立有限元分析模型,探究混凝土、钢箱梁和剪力钉的材料特征,在不同工况下的效应组合作为有限元的分析依据,选择钢板与混凝土的合适单元类型设置边界条件,经过模型修正后确保预测结果更加精准。经过试验结果表明,所提方法的预测结果与实际计算结果相符,混凝土横桥应力的预测最大仅为0.7 MPa,钢板的受力预测最大误差为4.3 MPa,能够准确反映结合段的应力分布规律。

单箱多室变宽度道岔连续梁桥空间力学性能分析

为了明确不同荷载条件下单箱多室变宽度道岔连续箱梁桥的应力分布及剪力滞效应,首先采用数值方法,利用ANSYS建立考虑预应力以及各种荷载工况加载方式的三维实体单元模型,分析箱梁在不同荷载效应下应力分布和变形趋势;然后,选择箱梁顶底板不同部位16个应变测点,采用多通道数据采集仪分别同步实测满堂支架现浇、预应力张拉及成桥落架等施工阶段时箱梁应力,并与数值分析数据进行对比验证;在此基础上,利用数值模型对该单箱五室预应力混凝土道岔梁在列车活载作用下的横向和纵向剪力滞效应进行分析。研究表明,三维实体数值模型可得到不同荷载工况作用下单箱多室箱梁应力分布的精细结果,数值分析结果和应力实测数据都显示箱梁顶底板应力分布不均匀,有明显的剪力滞效应,且顶板剪力滞效应更显著;数值分析还显示,车辆布载方式影响剪力滞效应,剪力滞效应沿着纵桥向变化,剪力滞系数最大达1.074。研究结果表明,单箱多室箱梁设计中应充分考虑箱梁剪力滞效应影响,以确保桥梁结构设计安全。

预应力混凝土梁非线性分析单元模型

为了能够准确有效地分析混凝土梁中预应力钢筋的力学性能,模拟结构中存在的普通钢筋、预应力直线钢筋和预应力曲线钢筋,提出了一种预应力混凝土梁非线性分析的单元模型。应用有限元理论,采用全拉格朗日列式的三维杆单元模拟预应力钢筋;采用实体退化组合壳单元模拟结构;应用钢筋单元和混凝土单元之间的位移场关系形成钢筋对混凝土单元的贡献,将预应力钢筋对结构的作用直接反映在单元模型内部。预应力混凝土T梁的破坏过程模拟结果表明梁的跨中挠度计算结果和试验实测数据吻合,单元模型有效地反映了预应力束的力学性能。

长联连续梁桥双曲面球型减隔震支座参数影响研究

为研究双曲面球型减隔震支座的球面滑动摩擦系数μ_(2)、温变间隙Δ对长联大跨连续梁桥地震响应的影响,以某一联(50+8×100+50)m连续梁桥为对象,采用MIDAS Civil软件建立有限元模型进行分析。提出采用钩单元、间隙单元与摩擦摆单元并联后再与摩擦摆单元串联的方式模拟双曲面球型减隔震活动支座的力学行为。基于有限元模型和时程分析法研究μ_(2)、Δ对支座最大抬升量、墩梁相对残余位移、墩梁最大相对位移、墩底最大弯矩的影响规律。结果表明:支座最大抬升量曲线呈“W”形;μ_(2)、Δ对支座最大抬升量、墩梁相对残余位移的影响最为显著,对墩底最大弯矩的影响较小;μ_(2)增大,桥梁各项地震响应均减小;Δ增大,支座最大抬升量、墩梁最大相对位移、墩底最大弯矩增大;Δ对墩梁相对残余位移的影响较复杂,总体随Δ增大而减小。

京沪高铁(90+180+90)m连续梁拱桥结构性能分析

研究目的:探讨京沪高铁大跨桥梁中连续梁拱桥组合结构的结构性能,以京沪高铁沿线最大跨度(90+180+90)m连续梁拱桥为背景,建立其空间杆系有限元模型,进行详细的计算分析,研究成桥阶段内力和变形、活荷载效应、长期徐变变形、承载能力及结构动力特性等,并与不考虑拱的单独连续梁结构对比,掌握组合结构的受力特性。研究结论:"先梁后拱"施工的连续梁拱组合结构具有整体受力特性,拱能主动承担主梁自重,并能改善结构的活荷载效应、徐变效应,提高极限承载力,增加结构安全度并改善结构长期运营性能。拱脚推力使结构轴向受力和变形增大,同时,由于拱平面外刚度较低,使得组合结构前几阶振型多次出现拱平面外振动。

一种梁板复合结构的设计

对某卫星主结构中应用的一种新型的复合材料结构形式——梁板复合结构进行了设计、分析与试验。首先通过整星分析,设计了梁板复合结构,并为其设计了试验件进行研制试验。同时,利用有限元软件PATRAN和NASTRAN建立了三种模型:二维板壳模型、三维板壳模型和三维实体模型,通过比较试验结果与分析结果,修正了分析模型,并找出了合理的分析方法。试验结果表明,设计的梁板复合结构满足了既定的强度要求。

拱塔斜拉桥桥塔钢-混结合段空间受力分析

斜拉桥桥塔钢-混结合段结构复杂,构件众多,使得其受力状态极为复杂.以某拱塔斜拉桥的桥塔钢-混结合段为基础,利用Midas/Civil建立空间杆系模型,进行整体静力分析,确定桥塔钢-混结合段部位3种最不利荷载工况,得出其荷载和位移的边界条件.再利用大型空间有限元软件ANSYS,建立桥塔钢-混结合段三维实体模型,并进行受力分析,明确钢-混结合段处钢板和混凝土的受力性能.计算结果表明:钢-混结合段的变形较小,钢板和混凝土的应力水平较小,结构的安全储备良好.

独塔斜拉桥钢混结合段应力分析

以西安浐灞河生态区大门桥梁工程2号桥——双索独塔混合梁斜拉桥钢混结合段为例进行局部分析,讲述了采用有限元模型进行准确分析的详细方法,并对局部分析结果与整体分析结果进行了对比。

V墩异型钢混梁拱组合桥运营阶段力学性能分析

为了确定V墩异型钢混梁拱组合桥在运营荷载作用下变形及受力的特点,以郑东新区前程路大桥为背景,采用组合有限元建立大桥精细有限元模型,考虑运营阶段的汽车活载、人群荷载、温度荷载(整体升降温、日照正负温差),分析荷载单独作用于异型拱桥主要构件的力学性能。结果表明:由于预应力混凝土V墩与边跨预应力混凝土主梁形成刚度较大的刚架,活载对该V墩刚构组合拱桥力学性能影响很小,但温度荷载对桥梁结构的影响较大,整体升、降温作用对预应力混凝土结构受力及变形的作用十分显著,整体升、降温作用对钢结构的受力影响不大,但变形影响显著,梯度升、降温作用对桥梁结构受力及变形的影响介于活载作用和整体升、降温作用之间。

匝道曲线梁桥自振特性分析与动力荷载试验

桥梁结构的自振特性是结构动力分析和抗震分析的重要参数。该文通过建立有限元模型进行模态分析和动荷载试验分析来获得梁拱组合桥的计算和实测自振特性,并测得了桥梁的自振频率、振型和阻尼比,并对实桥测试结果和计算分析结果进行了比较,得到该桥在动力荷载下的实际工作状态,以此判断该桥整体结构的安全承载能力和使用条件。

连续刚构桥高墩设计及墩梁结合部应力分析

连续刚构桥的桥墩高度和刚度是控制桥梁孔跨布置和结构设计的关键因素。以墩高195 m的赫章特大桥为例,对双薄壁墩、独柱墩2种桥墩形式进行对比分析,得出桥墩采用独柱墩形式的结论。运用大型通用有限元程序ANSYS建立其墩梁结合部局部三维有限元模型,从正应力和主应力角度分析该部位的应力分布特征。分析结果可为同类高墩桥梁设计和施工提供参考。

钢筋混凝土双向剪扭构件有限元分析

为了推导箱形截面钢筋混凝土双向压弯剪扭构件承载力设计方法,应用非线性有限单元法,模拟试验构件的边界条件和技术参数,分析了箱形截面钢筋混凝土双向压弯剪扭构件在单调扭矩作用下的扭矩-位移曲线特性、受扭承载力等性能,结果表明:分析结果与试验结果吻合较好,对合理设计此类构件具有一定的参考价值.

双角钢十字组合截面压杆承载力研究

进行了160大规格Q420高强度双角钢十字组合截面构件的试验研究。得到了单节间和双节间压杆的受力性能和破坏模式。对该类构件进行数值模拟,考虑构件长细比、肢宽比和填板等对承载力的影响,并在此基础上提出计算方法。与试验结果进行对比,给出适合工程实际的组合截面承载力计算方法,可供工程设计参考使用。