均布荷载作用下四边简支预制带肋底板混 凝土双向叠合板的简化弹性计算方法

预制带肋底板混凝土双向叠合板（简称双向叠合板）呈正交构造异性板特征,工程设计不能直接沿用现浇板的查表法进行弹性计算.针对正交构造异性特征影响的均布荷载作用下四边简支双向叠合板的弹性计算,采用正交构造异性板理论求解挠曲面基本微分方程,得到了挠度及弯矩表达式,通过形式变换,引入等效跨度比,将双向叠合板等效为双向同性板进行计算,提出了双向叠合板的简化弹性计算方法.通过编程计算得到强、弱方向刚度比为2和0.5时不同跨度比下双向叠合板的跨中弹性系数,与基于等效跨度比查双向同性板得到的弹性系数进行了对比,结果表明本文方法准确可行.     

四边固支预制带肋底板混凝土双向叠合板的 简化弹性计算方法

阐述了预制带肋底板混凝土双向叠合板的工作特性,分析了当前工程设计中存在的问题.针对双向叠合板的正交构造异性特征,依据正交各向异性板理论,采用荷载叠加法,求解了均布荷载作用下四边固支双向叠合板挠度及弯矩的解析解.引入等效跨度比的概念,对双向叠合板的边长进行修正,将其简化为各向同性板来计算,提出了四边固支双向叠合板的简化弹性计算方法.举例介绍了按照四边固支双向叠合板的等效跨度比查用各向同性板弹性计算系数的线性插值法,并与级数解析方法对比,结果表明:2种方法的计算结果吻合良好,完全能够满足工程设计要求,该简化弹性计算方法准确可行.     

复合材料路面板弹性等效模型

利用弹性力学的刚度等效原理,将结构复杂的复合材料路面板简化为材料均匀的正交异性板,建立弹性等效模型,为此类问题的具体分析提供一种简明规范的方法。利用弹性力学理论,首先计算出中间方形管粘结板的各向刚度,将其等效为相同尺寸的正交异性板,由刚度相等,推导出了等效板的杨氏模量、切变模量和泊松比等结构属性的计算公式;在此基础上,将整个路面板等效为正交异性板,建立了等效板的材料属性公式化计算模型;最后,选用一块具体的路面板,利用有限元分析软件ANSYS,建立路面板和等效板的有限元模型。结果表明:从均布荷载作用下两模型的变形比较图可以看出,路面板模型的最大变形为-14.73 mm,等效板模型最大变形为-13.97mm,两者相差5.2%。由于等效板模型对变形作了一定假定,引起板刚度增大,所以计算出的位移减小,其误差是可以接受的,由此证明了弹性等效模型是正确的。     

基于疲劳性能的正交异性钢桥面板构造参数优化分析

为了给正交异性钢桥面板各构造参数的抗疲劳设计提供理论参考,以泰州大桥钢箱梁标准梁段为研究对象,建立钢箱梁参数化有限元模型.以焊缝疲劳性能为目标,提出了基于BP神经网络与遗传算法相结合的构造参数优化方法,进行了车载作用、车载-温度共同作用下钢箱梁构造参数的最优设计分析.结果表明,三层神经网络预测模型客观地反映了正交异性钢桥面板主要构造参数与焊缝等效应力幅的对应关系,模型预测结果与ANSYS分析结果高度吻合,最大相对误差不超过5%.车辆荷载对于钢箱梁构造参数优化结果影响较大.温度作用对于钢箱梁顶板厚度和U肋开口尺寸2个参数的优化结果影响较大,尤其是对于普通车道钢箱梁焊缝疲劳性能的影响较大.     

正交异性钢桥面板的结构分析

在具有相同截面面积的开口纵肋和闭口纵肋钢桥面板静力试验的基础上 ,提出简化的计算模型 ,并采用有限元法进行精确的应力分析 ,计算结果与试验结果符合良好 ;系统地论述了正交异性钢桥面板弹性阶段的应力特性 ,着重研究了构造布置对铺装应变的影响 ,从而对铺装提出合理可行的建议正交异性钢桥面板的结构分析@徐军 @陈忠延     

高强混凝土框架边节点抗震性能分析

在四榀高强混凝土框架边节点试件的抗震性能试验研究工作基础上,用有限元非线性方法建立了计算模型并进行了简化.对高强混凝土采用等效单轴应变的增量正交异性模型,且考虑裂面效应的反复加载本构关系,对反复荷载下的应力-应变关系作了适当修改;钢筋的应力-应变关系中考虑了反复荷载下的Baushinger效应,同时对其软化段作了相应的简化;在粘结滑移模型中引用了斜压杆单元和反复荷载下的粘结滑移关系.根据以上模型编制了二维非线性有限元程序,并用所编程序对四榀高强混凝土框架边节点进行了分析,计算结果与试验结果符合良好.     

单调荷载下钢筋高强混凝土框架节点的非线性有限元分析

论述了单调荷载下分析、计算钢筋高强混凝土框架节点的非线性有限元方法 .针对高强混凝土选用基于等效单轴应变的增量式正交异性混凝土模型 ,高强混凝土单轴受力下的σ ε关系 .钢筋σ ε关系采用弹塑性模型及高强混凝土和钢筋之间采用双垂直弹簧模型 ,通过编制的二维非线性有限元分析程序计算了在单调荷载下的 4榀高强混凝土框架节点试件 ,计算结果与试验结果均吻合较好 .     

ETFE薄膜单轴和双轴拉伸试验与分析

采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜哑铃形试件,进行单轴拉伸试验,得到了工程中常用的ETFE薄膜的力学参数(屈服强度、屈服应变、切线模量和割线模量);在考虑ETFE薄膜粘弹塑性效应特征的前提下,应用应变能等效的方法计算ETFE薄膜等效弹性模量,结果表明计算得到的等效弹性模量介于切线模量和割线弹性模量之间.研制了一种专用于ETFE薄膜双轴拉伸试验的装置,并进行了系列试验;基于正交异性薄膜理论推导出薄膜双向解耦的独立弹性常数计算列式.根据ETFE薄膜双轴拉伸应力-应变曲线,求得厚度为250μm的ETFE薄膜在双边应力比为1:1的工况下的耦合模量为1163 MPa;由正交异性理论计算得该薄膜的解耦模量为814.2 MPa,与单轴拉伸试验得到的等效弹性模量相近.     

基于有效缺口应力法的正交异性钢桥面板疲劳评价

为验证有效缺口应力法在正交异性钢桥面板疲劳评价中的适用性,开展了横隔板弧形切口2种不同过渡形式的局部应力研究.采用Ansys分别计算U肋与横隔板连接处焊趾和焊根处的有效缺口应力,并加以比较,表明焊趾处更易萌生裂纹.采用S-N曲线评估其疲劳寿命,表明有效缺口应力法可以应用于正交异性桥面板的疲劳评价.有限元分析假定缺口的真实半径为0,这可能导致试验结果的保守性.基于不同U肋厚度的比较,发现U肋厚度的增加将导致U肋与横隔板端焊缝处更易产生疲劳裂纹.相关研究结果可为正交异性钢桥面板的设计和疲劳评价提供参考.     

Q420高强钢角焊缝承载力特性试验及模拟分析

角焊缝是钢结构及钢管法兰连接的重要连接形式,直接影响法兰安全性。为了研究角焊缝在无劲法兰中受力状态及承载力特性,开展了双盖板正面角焊缝拉伸试验,测定角焊缝的变形特性及不同部位应变的发展规律,分析轴拉受力过程中角焊缝的应力-应变关系,计算确定角焊缝的屈服强度、极限强度和弹性模量。不同规格板厚正面角焊试件的屈服强度与其设计强度比值为1.9,极限强度与其设计强度比值为3.0,角焊缝的弹性模量与钢材基本相同。开展角焊缝试件的非线性有限元模拟,角焊缝荷载-位移曲线分析结果与试验结果吻合较好,且破坏形态与试验一致。研究表明我国《钢结构设计规范》中角焊缝的设计规定是偏于安全的。     

基于Fe-safe的K形对接焊缝疲劳分析

基于等效结构应力法和BS7608焊缝疲劳分析方法,分析了不同坡角的K形对接焊缝的疲劳性能.分别采用ANSYS和Fe-safe对其进行静力分析和疲劳分析,得到K形对接焊缝本身的疲劳寿命和焊趾处的疲劳寿命.计算结果表明,焊趾处存在明显名义应力集中且随着坡口角度的增大而增大;焊趾处疲劳强度最低,焊趾的疲劳强度随坡角的增大而降低;焊缝自身的疲劳强度随着坡角的增大而有所提高.增大焊缝坡口角度有利于焊缝自身的抗疲劳性能,却不利于焊趾,这对钢结构加工过程中焊缝坡角的选择具有参考意义.     

液晶显示屏中液晶层的等效分析模型

文章采用复合材料力学的分析方法,建立了正交各向异性的液晶层等效模型;利用有限元法分析了简化液晶屏的三维模型和等效模型,检验了液晶层等效模型的有效性;针对正交各向异性和各向同性2种液晶层等效模型,计算并比较了液晶屏中的热应力和热位移。结果表明:液晶屏在受温度载荷作用时,文中所建立的液晶层等效模型与实际结构吻合得很好;在受力作用时,等效模型会产生一定的误差;在液晶屏的热应力计算时,2种液晶层等效模型的应力和位移均有一定的差别。     

正交异性钢桥面板的结构分析

在具有相同截面面积的开口纵肋和闭口纵肋钢徘同板静力试验的基础上,提出简化的计算模型,并采用有阴元法进行精确的应力分析,计算结果与试验结果符合良好;系统地论述了正交异性钢徘同板弹性阶段的应力特性,着重研究了构造布置对铺装应变的影响,从而对铺装提出合理可行的建议。     

正交异性扁薄圆柱壳大变形理论计算与实验分析

对正交异性扁薄圆柱壳在均布载荷及集中载荷作用下的大挠度问题进行了理论计算和测量。计算与实验结果吻合较好。     

混凝土材料的正交异性侵彻深度模型

在当前弹体侵彻混凝土介质的空腔膨胀模型的基础上,引入了Darwin-Pechnold本构模型,将混凝土的等效单轴应力-应变关系取为Saenz的单轴受压压力-应变关系,采用Kupfe破坏准则来描述混凝土材料弹塑性区的力学行为,发展了正交异性空腔膨胀模型。通过试验验证该模型,其预测侵彻深度的结果与试验结果有较好的一致性。该模型能够有效地反映侵彻过程中混凝土材料的力学现象,使得空腔膨胀模型在侵彻问题中的应用更为明确与简化。     

桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响

目的研究沥青混凝土桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响,提出合理的铺装层厚度与弹性模量.方法建立正交异性钢桥的有限元模型,并与试验结果进行对比,验证正交异性钢桥有限元模型及其边界条件的有效性;选取易产生疲劳裂缝4个典型位置的构造细节进行有限元分析,从而找到桥面铺装层厚度、弹性模量等铺装层参数对正交异性钢桥面板疲劳细节处应力幅的影响趋势;验算疲劳细节应力幅值是否小于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中疲劳S-N曲线中相应疲劳细节的200万次循环疲劳强度35 MPa.结果当铺装层厚度自60 mm增加到100 mm时,疲劳细节的等效应力幅值逐渐下降,且呈线性递减趋势;铺装层厚度为70 mm时,其弹性模量应不小于5 000 MPa为宜;当其模量自1 000 MPa增加到10 000 MPa时,不同疲劳细节的等效应力幅值呈非线性下降趋势.当其模量增加到8 000 MPa时,疲劳细节的等效疲劳应力幅趋于稳定;铺装层材料的模量为3 000 MPa时,其铺装层厚度应不小于80 mm为宜.结论 4种疲劳细节中,与钢桥面板接触的疲劳细节其疲劳性能受铺装层厚度、铺装层模量影响比其他疲劳细节大.桥面铺装层能有效地降低疲劳细节的等效疲劳应力幅,改善正交异性钢桥面板的疲劳性能.     

正交异性钢箱梁桥面第二体系结构优化设计

在力学分析的基础上,建立了正交异性钢箱梁桥面铺装体系的力学模型,通过有限元计算,研究了正交异性钢桥面板铺装体系的力学特性。从铺装层厚度、材料、横隔板间距、钢板厚度以及梯形加劲肋刚度等方面,探讨了在弯沉值、应力、应变等约束条件下正交异性钢箱梁桥面第二体系的优化设计方法,给出了正交异性钢桥板各个参数的合理数值界限,将本文的结果与已建成的同类型桥相比较可知,本文的设计结果合理,可作为大跨径钢箱梁桥面板的依据。     

钢-UHPC轻型组合桥面板实桥试验研究

钢-UHPC轻型组合桥面板是一种由正交异性桥面与密集配筋的UHPC薄层通过剪力钉连接而成的新型桥面结构.为研究UHPC层对钢-UHPC轻型组合桥面结构性能的影响,以枫溪大桥为工程背景,研究正交异性钢桥面常见疲劳细节在铺设UHPC层前、后的应力幅变化.首先通过整体有限元模型确定测点位置以及加载范围,然后根据加载方案分别在铺设UHPC层前后采用三轴加载车进行低速加载试验,同时采集并整理正交异性钢桥面常见疲劳细节应力响应试验数据,最后建立了节段有限元模型并与实测结果进行对比分析.试验结果表明:铺设UHPC层后,常见疲劳细节应力响应均有明显降低,其中面板上的细节(纵肋-面板焊缝、面板对接焊缝、面板-横隔板-纵肋交叉焊缝面板位置)应力幅降幅比例最大,高达75%～90%;其次为纵肋上疲劳细节(纵肋底部对接焊缝、纵肋-横隔板焊缝焊缝端部位置、面板-横隔板-纵肋交叉焊缝纵肋位置)应力降幅约为65%～80%;最后为横隔板上疲劳细节(横隔板弧形切口、横隔板弧形切口起点位置、面板-横隔板-纵肋交叉焊缝横隔板位置)应力降幅约为20%～50%.同时,随疲劳细节与顶面距离的减小,UHPC层对细节应力降幅的贡献明显增大.有限元模型结果与实测结果吻合较好,也得出了相似的规律.本文实测结果为推广钢-UHPC轻型组合桥面的应用提供了最直接的数据参考.     

脱硫塔结构抗震分析中的简化模型研究

利用有限元分析软件ANSYS,对河南三门峡电厂烟气脱硫塔进行结构计算分析.根据等效模型和原结构的动力特性应尽可能保持一致的等效原则,推导了脱硫塔结构简化模型理论计算公式,建立一维简化等效模型,并对其进行地震反应数值分析;通过与原结构计算结果的比较,验证了简化等效模型的合理性.     

基于热点应力的钢桥面典型构造细节疲劳分析

正交异性钢桥面具有轻质、高性能、施工便捷等应用优势,但其构造复杂且多采用焊接工艺,在反复交变车辆轮载作用下疲劳开裂问题突出。其中,顶板与纵肋连接焊缝(简称顶板-纵肋焊缝)和纵肋与橫肋连接焊缝(简称纵肋-橫肋焊缝)是两类最突出和最具代表性的构造细节。本文采用名义应力法和三种常用热点应力法,在充分考虑交通量对荷载修正的基础上,对上述两类钢桥面典型构造细节开展了精细化有限元分析,确定疲劳应力幅,并进行疲劳检算。通过分析和对比各疲劳评价方法,提出适用于各类构造细节的计算方法。分析结果表明,分析顶板-纵肋构造细节和纵肋-橫肋焊趾截止处纵肋腹板竖向开裂推荐采用表面线性外推方法(Linear Surface Extropolation, LSE)方法,分析纵肋-橫肋焊趾截止处纵肋腹板横向开裂推荐采用Dong方法。研究结果可为正交异性钢桥面的评估、设计和应用提供参考。