Progressive Collapse Analysis of Concrete-Filled Steel Tubular Frames with Semi-rigid Connections

A 9-story concrete-filled steel tubular frame model is used to analyze the response of joints due to sudden column loss. Three different models are developed and compared to study the efficiency and feasibility of simulation, which include substructure model, beam element model and solid element model. The comparison results show that the substructure model has a satisfying capability, calculation efficiency and accuracy to predict the concerned joints as well as the overall framework. Based on the substructure model and a kind of semi-rigid connection for concretefilled square hollow section steel column proposed in this paper, the nonlinear dynamic analyses are conducted by the alternate path method. It is found that the removal of the ground inner column brings high-level joint moments and comparatively low-level axial tension forces. The initial stiffness and transmitted ultimate moment of the semi-rigid connection are the main factors that influence the frame behavior, and their lower limit should be guaranteed to resist collapse. Reduced ultimate moment results in drastic displacement and axial force development, which may bring progressive collapse. The higher initial stiffness ensures that the structure has a stronger capacity to resist progressive collapse.

基于特性的牵引车-半挂车刚柔组合车架动力学模型研究

商用车较大的车架柔性会影响到整车的操纵稳定性和乘坐舒适性,尤其是在共振时车架柔性会放大对车辆运动品质的影响。为实时模拟牵引车-半挂车的车架运动,采用基于总成特性的建模技术路线,根据运动响应频域将车架运动解耦为低频刚体运动和高频柔体运动,并将车架模型模块化划分为基于多体动力学的刚体车架模块、基于模态综合法的柔体车架模块,然后将两模块求解结果叠加形成刚柔组合车架模型。最后,将车架模型嵌入牵引车89DOF-半挂车73DOF整车模型中,针对某款商用车进行仿真,通过对比实车场地试验结果,验证了模型的有效性。

基于静动力试验的铁路连续刚构-拱桥模型修正

为提升大跨度铁路连续刚构-拱桥有限元模型预测精度,同时针对传统有限元模型修正中只采用全局最优解而忽略可能更接近实际情况的局部最优解问题,提出一种基于距离机制的改进稳态遗传算法(DSSGA),利用实测静动力数据对其初始有限元模型进行模型修正。首先,介绍桥梁基本信息、初始有限元模型和静动力试验及其试验结果;其次,介绍DSSGA算法的理论以及其结合Kriging代理模型的基本修正流程,并通过测试函数验证DSS-GA算法的优化效果;最后,通过灵敏度分析选择待修正结构参数,利用拉丁超立方设计构建Kriging代理模型并检验其精度,利用静力位移、试验模态参数构造目标函数,对该桥进行模型修正。结果表明:与标准稳态遗传算法(SSGA)相比,DSSGA算法能够提供目标函数在搜索域的全局最优解和更多组局部最优解,有效避免SSGA算法角度机制所产生的解集不完整的局限性,且全局最优解的目标函数值更小,具有更高的搜索效率。经过模型修正,所有测点的位移相对误差控制在10%以内,频率相对误差控制在5%以内,修正后模型的预测精度大幅度提升。修正后的模型可作为该桥的基准有限元模型,用于后续桥梁健康监测与状态评估。

百万千瓦二次再热汽轮发电机刚性框架基础动力性能研究

1 000 MW超超临界二次再热机组在降低能耗、减少污染方面具有显著优势,近年来,这类机组投运量增长显著。汽轮发电机作为电厂的关键核心动力装备,其基础结构振动控制是保障电厂安全可靠运行的重要环节。二次再热机组汽轮发电机轴系长、转子重,为降低振动影响确保机组平稳安全运行,以往1 000 MW超超临界二次再热机组汽轮发电机基础普遍采用弹簧隔振基础。该研究围绕1 000 MW超超临界二次再热机组汽轮发电机刚性框架基础的动力性能开展数值分析和模型试验研究,结果表明:1 000 MW超超临界二次再热机组汽轮发电机刚性框架基础具有良好的动力性能,正常运转阶段各扰力点振动线位移响应幅值不大于20μm,满足我国标准限值要求。研究成果可为1 000 MW超超临界二次再热机组汽轮发电机基础结构选型和设计提供技术支撑。

体外预应力加固曲线PC连续刚构桥受力性能分析

越来越多的桥梁随着使用年限的增长出现跨中下挠和裂缝等病害,其中,曲线PC连续刚构桥较为严重,需对其进行加固设计。为了准确反映病害桥梁的现状,本文提出基于Midas/Civil的4种损伤工况模型,根据挠度确定损伤工况并以此作为计算模型分析病害产生的原因。根据体外索下弯的次数提出3种加固方案并建立模型,依据加固思路对加固前后的抗弯承载力、截面上下缘应力以及挠度进行对比分析。结果表明:体外预应力张拉后,桥梁极限承载力、结构刚度以及压应力储备都得到提升,且抑制了主梁下挠,改善结构线形。

交通工程长条形地下结构平面框架计算问题探讨

交通工程长条形地下结构具有荷载大、恒载占总荷载比例高、构件截面尺寸及配筋量大、通常采用平面框架计算模型的特点,结合现行设计规范要求,通过典型工程算例对比对这类模型中杆件计算长度取值、节点刚域处理及结构正截面配筋计算中压应力考虑原则对计算结果的影响进行探讨。进而对这一类地下结构的设计计算提出优化建议,提高结构设计经济性及施工便利性,提升交通工程建设碳效益。

近断层地震作用下高速铁路大跨连续刚构桥易损性研究

为探究近断层地震作用下高速铁路大跨连续刚构桥的抗震性能,基于工程需求(EDP)符合对数高斯分布假设获取全桥损伤曲线,提出一种桥梁地震损伤危险性分级方法。在此基础上,考虑桥上无砟轨道的刚度效应,采用OpenSees有限元软件建立了某高速铁路大跨连续刚构桥的轨道-桥梁(线-桥)一体化非线性有限元模型;由80条近断层地震动实录波组成地震动数据库,采用基于概率需求的易损性分析方法详细分析了该高速铁路大跨连续刚构桥的抗震性能。结果表明:对于研究计算条件,近断层地震动速度峰值(PGV)与工程需求间的相关性较强;近断层地震作用下高速铁路连续刚构桥的边支座易出现轻微损伤,当遭遇中高强度(PGV>100 cm/s)近断层地震动时桥梁关键截面的屈服概率较大,当PGV为200 cm/s时桥梁结构会受到严重破坏,而当PGV为300 cm/s时桥梁有极大可能发生完全破坏甚至出现倒塌。研究成果可为近断层区域高速铁路连续刚构桥的抗震设计提供参考。

多跨连续刚构桥左右幅同步顶推一次合龙施工技术研究

合龙施工技术一直以来都是连续刚构桥建造中的关键点,随着国内桥梁建造事业的蓬勃发展,桥梁跨度愈来愈大,桥体结构愈来愈复杂,传统的合龙技术难以适应连续刚构桥发展节奏。铜川市玉皇阁二号桥工程采用多跨连续刚构桥左右幅同步顶推一次合龙的施工工艺,12个合龙口一次性合龙属国内首创,其过程控制精度要求高,施工技术挑战大。Midas Civil仿真建模技术可以有效地辅助预测桥梁合龙过程的结构状态,为顶推施工提供数据支撑。玉皇阁二号桥的合龙施工技术研究为工程顺利进行提供了坚实保障,为同类型工程提供了借鉴思路和经验。

预应力混凝土连续刚构桥振动测试与动力特性分析

对某预应力钢筋混凝土连续刚结构桥进行动力特性分析,阐述待测试预应力钢筋混凝土连续刚结构桥目前的实际情况,在对测试桥梁进行振动测试的基础上,构建与桥梁目前情况相吻合的有限元模型。通过对动力特性相关参数的实测值与计算值的比较来评价钢筋混凝土连续刚构桥在使用荷载下的工作性能,从而判断该桥梁构件承载力是否能够满足设计要求。测试桥梁分析可得,利用实测值与计算值的对比分析可体现混凝土连续性刚结构动力特征,同时亦可促进有限元模型进一步完善,从而为类似桥梁健康评价与维修提供参考。

基于Dynamo的连续刚构桥自动建模及监控数据可视化

连续刚构桥施工监控过程中,存在大量监控数据与结构受力状态对应不及时的突出问题。以某连续刚构桥为工程背景,利用Dynamo软件对Revit进行二次开发,实现连续刚构桥自动建模,然后通过编码将监控数据与BIM模型数据关联,最后利用Dynamo软件可视化编码将主梁线形监控与应力监控实现可视化,并利用现场实测监控数据验证可视化模型准确性。

足尺柱承重模块化钢框架稳定承载力试验研究

为研究竖向荷载作用下柱承重模块化钢框架的受力性能、破坏机理及模块间节点对结构整体受力性能的影响,进行了模块间节点静力受弯试验与足尺2层单跨模块化钢框架竖向静力加载试验,分别得到模块间节点的刚度属性及模块化钢框架的整体稳定承载力与破坏模式。最后,考察了模块间节点对模块化钢框架结构整体性能的影响,并验证了结构稳定承载力理论计算模型与数值分析模型。结果表明:模块间节点的半刚性属性对模块化钢框架的稳定承载力影响较大,设计时应加以考虑;竖向荷载作用下模块化钢框架破坏模式为上下层模块角柱整体失稳;子结构模型能够较好地计算柱承重模块化钢框架的整体稳定承载力。

规则波与不规则波作用下刚架式网箱水动力性能

为深入了解海水养殖,研究网箱在不同波浪作用下的受力运动特性,基于Morison方程,采用海洋工程水动力软件OrcaFlex建立波浪作用下网箱的运动响应数学模型,对其进行水动力性能分析。针对刚架式网箱的实际尺寸参数,在波高H=1.3 m和周期(T=6、7、8 s)条件下,对浮架与网衣连接点的有效张力、网箱容积剩余率和锚绳力进行数值计算。结果表明:在规则波作用下网箱的浮架与网衣连接点受力和锚绳力相对较小;在不规则波作用下变形更严重,剩余容积率较小;在规则波和不规则波作用下,波浪周期的增加将减小浮架与网衣连接点的张力和锚绳力。

连续刚构桥Dynamo自动建模及可视化监控技术研究

以某铁路连续刚构桥工程为例,基于Revit平台,采用Dynamo三维可视化编程软件进行二次开发,实现自动建模连续刚构桥,然后将监控结果通过编码与BIM模型数据进行关联,将梁体应力数据与线形监控数据通过Dynamo可视化编码软件实现可视化,并将现场监控实测数据与可视化模型数据进行对比,验证其准确性。该研究旨在提高特殊结构桥梁施工监控数据可视性,并解决施工监控数据与结构受力状态不对应的问题。

基于LSTM模型的高原桥梁温度场预测研究

基于LSTM(long short-term memory,长短期记忆)神经网络深度学习模型,通过自适应矩估计算法建立桥位处的环境温度、地表太阳辐射量(包括直接辐射和散射辐射)、平均风速和风向等环境参数与箱梁温度场之间的映射关系,并通过贝叶斯算法优化LSTM模型中的超参数,使均方差降至最低,从而获得箱梁温度场预测模型。预测值与实测值的对比分析表明,建立的LSTM神经网络深度学习模型能够根据环境参数准确预测高原环境下连续刚构桥箱梁的温度场,且模型具有较强的泛化能力。

跨座式单轨刚构体系钢轨道梁设计与分析

跨座式单轨交通桥梁在跨越较大路口时,对桥梁的跨越能力要求较高。本文尝试利用刚构体系的多跨变截面钢轨道梁解决桥梁的跨越问题(40m~60m)。以某正在兴建的跨座式单轨交通为背景,对跨座式单轨刚构体系钢轨道梁的静动力特性和钢轨道梁的关键设计参数进行系统的分析研究。研究表明:刚构体系钢轨道梁具有较大的横向刚度;梁高及边跨长度这两个设计参数对结果影响最大;利用精细化模型进行弹性屈曲分析,根据结果判断结构的薄弱部位并进行加强、调整,可有针对性地提高整体结构的安全储备。

柱式墩四跨连续刚构桥的设计与计算

以遵化市沙河水环境综合治理PPP项目(巡河路建设工程)纪各庄交通桥为研究对象,详细说明了柱式墩四跨连续刚构的结构细节和设计要点,通过空间杆系有限元模型计算,对结构的弯矩承载力、抗剪承载力、结构裂缝等性能进行验算,可为类似工程设计提供借鉴。

特大连续刚构桥0号块托架施工关键技术分析

某特大连续刚构桥桥墩较高,采用三角托架体系进行0号块现浇施工。为了保障施工安全和提高施工质量,在浇筑0号块混凝土前需进行支架预压。通过建立托架施工的有限元模型,详细分析了托架在施工荷载组合条件下的应力和位移,并进行了结构稳定性分析。计算结果表明,托架各受力杆件变形及应力满足相关要求。该桥0号块已安全施工,表明所采用的施工方法和相关技术安全可靠,可为类似项目的施工提供参考。

基于能量法分析大跨连续刚构桥高墩稳定性

通过平动约束、转动约束和平转动耦合约束来模拟基础对墩底的约束作用,成桥状态下采用平动约束和转动约束弹簧来模拟墩顶的边界约束,依据弹性稳定理论和能量法推导出不同状态下高墩临界荷载的计算公式。最后将有限元模型理论解和本文公式计算值进行对比,验证了公式的正确性和适用性。

数值模型对输电铁塔内力和变形的影响分析

以某典型输电铁塔为背景，采用数值分析方法，进行了梁桁混合模型与剐聚模型的建楔，井对计异结果进行对比分析，得出两种模型对于输电塔杆件内力和变形的影响规律。研究表明，刚架模型的最大综合位移与梁桁模型相差2％以内，这说明主材和斜材对于塔架整体刚度贡献较大，辅助材对整体剐度贡献较少。同一工况下梁桁混合模型与刚架模型的轴力、应力结果相应之比集中在1．002～1.020区间内，可见粱桁混合模型受力结果稍微大于刚架模型，混合模型结构设计偏于安全。该研究分析为输电铁塔设计模型的计算与选择提供了依据。

密肋壁板结构弹塑性计算模型研究

密肋壁板结构中多种材料及构件的使用与嵌套,使实体计算模型比较复杂,故对于整体结构在地震动作用下的全过程受力分析,需提出结构的弹塑性简化计算模型。根据不同的分析目的,结合课题组前期研究成果,提出密肋壁板结构在弹塑阶段两种简化计算模型-刚架-等效斜压杆模型和刚架-整体斜撑模型。利用前期墙体拟动力试验研究结果,采用刚架-等效斜压杆模型对结构进行推覆及动力反应分析,验证模型的正确性;利用前期1/10比例振动台试验研究结果,采用刚架-整体斜撑模型对结构进行时程分析,验证刚架-整体斜撑模型的正确性。理论与试验表明:刚架-斜压杆模型具有一定的计算精度与实用性,适用于密肋复合墙体的非线性数值分析;刚架-整体斜撑模型兼顾高效性与精确性,适用于整体结构在大震下的弹塑性时程反应分析。