高墩大跨径桥梁稳定性

在高墩桥梁的设计和施工中,稳定性问题非常重要。利用实体退化单元,对高墩桥梁进行了三维有限元稳定性研究。对施工中的各种风荷载、主墩偏位及主梁一侧失重等情况进行了分析。给出结构面内、面外的多阶失稳模态。实例表明高墩桥梁结构稳定性主要跟施工节段有关。

基于实体退化单元的高墩非线性稳定仿真分析

为克服在薄壁空心高墩的非线性分析中解析法不便应用、杆系有限元法不能模拟钢筋、实体单元法计算效率较低等不足,以及为提高计算效率且不降低模拟精度,提出采用实体退化单元的方法进行非线性稳定分析.在该方法中,用三维实体退化单元模拟薄壁空心高墩,运用单元分块技术实现钢筋单元的模拟,基于多尺度分析思想建立精确模型进行非线性稳定分析;阐述几何非线性、材料非线性及方程求解方法,讨论了稳定分析的实现方式.采用此方法对一数值模型进行第一类及第二类稳定性分析,并与传统的实体单元模型进行对比证明了该方法在非线性稳定分析中的有效性.并将此方法应用于工程实例,结果表明:该方法能真实有效地模拟实际结构,客观地反映钢筋对墩体稳定性的影响,高效地进行非线性分析;适用于对需要考虑钢筋影响的结构及对薄壁空心高墩结构型式进行非线性稳定分析.

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。

钢筋混凝土箱形梁极限承载力的计算

针对钢筋混凝土箱形梁极限承载力的计算问题,提出采用三维实体退化虚拟层合单元的分析方法.考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该类单元编制了钢筋混凝土结构极限承载力的计算程序,并将其应用于钢筋混凝土箱形梁极限承载力的分析.计算中,混凝土本构关系采用多轴强化塑性模型在应变空间中构建的三维本构关系;混凝土开裂采用正交分布裂缝模型模拟;钢筋按实际情况模拟,并考虑为理想弹塑性材料.通过分析,计算结果与试验结果能很好吻合,表明了计算理论及其程序的有效性和正确性.由于该方法能克服壳体单元或梁段单元法的缺陷,在计算钢筋混凝土箱形梁极限承载力方面非常有优势.

预应力混凝土梁开裂后的受力性能分析

基于实体退化壳单元,采用层状模型模拟钢筋混凝土结构,选取恰当的混凝土和钢筋的本构关系,采用弥散裂缝模式,考虑材料非线性效应有效地模拟了预应力混凝土T梁的开裂、屈服和失效全过程,并与试验结果进行比较。分析了T梁在开裂后的刚度及裂缝的位置和发展情况。探讨了混凝土和预应力钢筋在T梁开裂后的应力发展规律。结果表明退化分层壳单元模型对于预应力混凝土T梁的非线性分析有良好的适应性。

预应力混凝土曲线桥极限承载能力分析

针对梁段法难以客观分析预应力混凝土(P.C.)曲线桥梁极限承载能力的问题,提出采用实体退化单元的三维分析方法。基于经典的三维实体等参元和梁、板壳等理论,提出了新型实体退化单元,建立了用于钢筋模拟的三维弥散模型,从几何非线性、材料非线性及求解方法等三个方面对极限承载能力分析的具体实现方式进行了讨论。用一试验结果对该方法进行了验证,并将其用于四跨P.C.曲线梁桥,从破坏型式、应力变化及变形发展等方面对结构极限状态进行了分析。结果表明:该方法通用、可靠,应用于实桥是可行的,为更深入了解P.C.曲线梁桥极限状态性能提供了新的方法。

开裂后预应力混凝土连续箱梁计算模型

为了能够准确有效地模拟开裂后预应力钢筋箱梁的力学性能,提出了一种开裂后预应力钢筋和混凝土单元组合模型,箱梁梁体采用实体退化分层壳单元进行模拟。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,编制了配筋混凝土三维非线性有限元程序,并结合实桥破坏性试验数据进行了对比。结果表明:箱梁的实测变形及应变和理论数据吻合;中跨均布竖向荷载时箱梁开裂初期开裂区域的刚度折减约10%。

大跨独塔斜拉桥的自振特性测试与分析

宁波招宝山大桥是一座跨径较大的独塔斜拉桥 ,结构形式较为复杂。本文介绍了桥梁自振特性的现场测试情况 ,建立了基于实体退化单元的三维有限元分析模型。通过计算和测试结果的比较说明环境随机振动法的适用性和计算分析方法的准确性 。

桥梁空间分析中预应力效应分析方法研究

预应力技术在桥梁中的广泛使用,使得桥梁结构受力状况复杂,对预应力混凝土桥梁进行空间分析是必要的;但由于预应力筋数量庞大且形状复杂,对预应力空间效应的模拟是预应力混凝土桥梁空间分析的难点。从预应力筋的实际作用机理出发,提出在预应力张拉阶段用等效节点荷载来模拟预应力对结构的作用;而在预应力管道灌浆后,将预应力筋作为结构的一部分,用实体退化单元进行结构分析,并用两算例对本文的方法进行了验证。结果表明,该方法能真正模拟预应力的空间效应,可用于预应力混凝土桥的空间分析。

三维实体退化虚拟层合梁单元在钢曲梁极限承载力分析中的应用

提出采用三维实体退化虚拟层合梁单元计算钢曲梁极限承载力的方法。考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该单元编制了极限承载力计算程序,并将其应用于钢曲梁极限承载力的分析。计算实例表明,该单元收敛快,稳定性好,在单元数较少的情况下,具有较高的精度。由于能克服壳体单元或梁段单元法的缺陷,该计算方法具有更强的通用性。

空间曲线蝶形拱桥顶推施工的多尺度模拟分析

采用实体退化单元精确描述构件几何特征,结合多尺度建模的思想建立杭州钱江八桥全桥精细有限元模型进行施工过程仿真分析.施工阶段仅考虑自重荷载,约束条件为多跨连续梁,最大顶推跨径为94m.分析结果表明:最大拉应力约为307.2MPa,最大压应力约为306.7MPa,均位于前导梁箱型截面段与双工字钢截面段的交接处,在施工过程中主桥结构未出现应力过大情形;主、副拱肋应力及变形呈现空间变化特性,截面角点应力的变化规律具有一定的对称性;主、副拱连杆对结构的受力有明显影响;主梁最大应力为-280.4MPa,施工中主梁未出现屈服现象.

大跨预应力混凝土桥梁极限承载力计算

针对大跨预应力混凝土桥梁极限承载力的计算问题,提出建立在三维实体退化虚拟层合单元理论基础上同时考虑结构双重非线性的空间分析计算方法,并对大跨预应力混凝土桥梁极限承载力计算中的一些关键问题进行了探索研究,包括三维空间预应力效应的模拟;成桥内力的正确考虑;正确计及加载历史等。最后以一座典型的预应力混凝土连续刚构桥为例,给出了其具体的计算结果。分析表明,本文为考虑空间效应和破坏形态的大跨预应力混凝土桥梁全桥极限承载力分析提供了一种合理有效的途径,且计算方法具有很强的通用性。

箱梁桥自振分析的非协调实体退化壳元法

桥梁结构的自振特性对研究其在风荷载和地震荷载作用下的动力响应具有重要意义,其分析精度取决于结构质量和刚度分布特性的准确计算。根据质量等效原理推导了非协调实体退化板壳元的一致质量矩阵,并采用逆迭代法求解了箱梁桥的固有频率和振型。实体退化板壳元可精确描述箱梁桥质量分布,便于同实体单元连接,对不同板厚的箱梁桥均适用。非协调位移的引入使其更适合描述箱梁桥各构件的变形特性。算例表明:单元可显著提高箱梁桥动力特性分析的效率,可获得满意的计算精度。

预应力混凝土斜拉桥悬浇施工的仿真研究

针对现代大跨预应力混凝土(P.C.)斜拉桥的结构及受力特点,提出用实体退化单元建立P.C.斜拉桥的悬浇过程分析的三维模型;将预应力筋作为结构的一部分,用等效节点荷载模拟预应力的张拉效应;用三参数粘弹性模型模拟混凝土徐变效应;根据挂篮牵索锚固点处的变形协调条件,导出了P.C.斜拉桥混凝土悬浇效应的计算公式.并以一P.C.斜拉桥为对象,进行了应用研究.结果表明:与平面分析方法相比,本方法可较好地预测索力的变化情况,为施工监控及施工过程验算提供可靠依据.

实体退化板单元及其在板的振动分析中的应用

经典板壳单元是由板壳理论构造出来的,而经典的板壳理论是在空间弹性理论的基础上考虑板壳的基本假定得来的。在空间等参数单元的基础上,直接引入板壳的基本假定,修改空间等参数单元的弹性矩阵,从而构造出适合于厚薄板壳分析的20结点实体退化板单元,并将其应用于开口圆柱薄壳的静力分析和厚薄板的固有振动分析。数值算例表明,该单元收敛快,稳定性好,具有较高的精度。此外,该单元还可以用于曲边变厚度板、壳体及层合板的振动分析。

三维实体退化虚拟层合梁单元在梁极限承载力分析中的应用

提出采用三维实体退化虚拟层合梁单元计算梁极限承载力的方法。考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该单元编制了极限承载力计算程序,并将其应用于梁极限承载力的分析。计算实例表明,该单元收敛快,稳定性好,在单元数较少的情况下,具有较高的精度。由于能克服块体单元或梁段单元法的缺陷,该计算方法具有更强的通用性。

RC框架结构梁板柱空间协同工作效应非线性仿真分析

针对RC框架结构梁板柱空间协同工作效应的非线性仿真分析问题,提出了建立在三维实体退化虚拟层合单元理论基础上同时考虑结构双重非线性的空间分析计算方法;先利用该方法及其程序对一RC空间框架单柱失效倒塌试验含其梁板柱空间协同工作效应进行了全过程分析,所得结果与试验实测吻合良好。据此,再以一典型的两层钢筋混凝土框架结构为例,给出了考虑梁板柱协同工作的结构空间效应和空间破坏形态的计算分析结果。分析研究表明,为考虑梁板柱空间协同工作效应的RC框架结构非线性仿真分析提供了一种合理有效的途径,计算方法具有很好的适用性。

独塔单索面斜拉桥空间应力状态分析

现代斜拉桥多采用密索体系,属高次超静定结构,且箱 形的主梁结构空间效应明显,单纯地由平面分析很难反应桥梁 的实际受力状况。以一独塔单索面斜拉桥为背景,采用新型空 间单元———实体退化单元,考虑三向预应力效应,对其成桥状 态下的纵、横、竖向的正应力状况进行了分析。分析结果表明, 该桥在恒载下,主梁顺桥向正应力沿横向分布相当不均匀,翼 板上的顺桥向正应力明显小于主梁中间部分的正应力;塔梁相 交处主梁的横桥向拉应力偏大。空间分析结果为完善设计提 供了依据,确保了桥梁在设计上的安全。

复杂索塔结构空间受力状态研究

索塔是缆索承重桥梁中的一重要受力构件,型式多样、荷载条件复杂,其最终的应力状态同桥梁施工过程密切相关,且空间受力特性明显。以一实际斜拉桥索塔为背景,采用实体退化系列单元模拟了整个施工过程,对索塔结构的空间应力状态进行了分析,探讨了索塔根部截面竖向正应力随施工过程的变化情况。分析结果表明索塔结构的竖向应力空间特性明显,施工过程中应力变化复杂。空间分析弥补了平面分析的不足,其结果对保证索塔安全、完善索塔设计具有实际意义,所采用的分析方法值得推广应用。

非协调实体退化厚/薄板单元

在八节点三维实体等参元基础上,将板理论基本假定引入弹性应力-应变矩阵,并为局部坐标系下的挠度位移分量附加非协调位移项,构造了非协调实体退化板单元。板假定的引入用以克服单元厚度泊松自锁,非协调项的引入可缓解单元剪切自锁。通过修正常应变矩阵,确保单元通过分片检验。分域积分方法的采用,使单元可用于层合板结构分析。算例表明:单元对等厚度的厚/薄板均适用。