CFRP索斜拉桥动态特性的有限元分析及动态试验

介绍了国内首座CFRP索斜拉桥的工程概况;建立了该桥的三维空间梁壳杆系有限元动态分析模型,进行了结构动态特性有限元分析;进行了环境激励下国内首座CFRP索斜拉桥结构动态特性的测试,结合试验结果对国内首座CFRP索斜拉桥的动态特性进行了分析。同时,将实桥动态试验结果与有限元动态特性分析结果进行了对比分析。结果表明,有限元动态特性分析的低阶频率和振型与试验测得的频率与振型结果基本吻合。笔者等试验及相关研究分析结论可为CFRP索桥梁的动态建模、动态特性分析、抗震抗风设计及CFRP新型缆索材料在桥梁工程中的进一步推广应用提供一定的参考依据。     

碳纤维复合材料索斜拉桥的设计与测试

为了解碳纤维复合材料(CFRP)索斜拉桥的结构性能、施工技术以及长期性能,进行了中国首座CFRP索斜拉桥的设计和应用研究。阐述了该桥主要部件的设计要点,采用有限元法分析了其整体受力性能;结合该桥的建造,研究了中等长度CFRP拉索的制备工艺和安装工艺;根据施工过程仿真分析结果,提出拉索的张拉方案,并在拉索张拉期间,对主梁、主塔及拉索进行了全面的测试。测试结果表明,测试值与理论值吻合良好,CFRP拉索中各根筋材受力均匀性很好。该桥在建造期间的测试、分析以及经过2年多的使用充分表明,CFRP拉索在中国斜拉桥上的初次应用是成功的。     

斜拉桥索力识别的静力学方法研究

为获得在静载状态下斜拉桥的拉索索力,提出一种基于静力学方法对斜拉桥的拉索索力识别。对带有拉索索力的结构静力平衡方程进行拆分,并通过运用单元应变能和能量变分原理,得到拉索的单元刚度矩阵。采用静力学方法对结构静力平衡方程进行求解,实现对拉索索力的识别。斜拉桥模型的数值分析结果表明采用物理方法对拉索索力识别效果显著。为了验证斜拉桥模型,在实验室中开展了静态荷载作用下的试验模型验证试验,验证结果表明除个别索力的相对误差超过2.5%,其他的均低于2.5%,甚至有的相对误差低于1%。这一结果表明采用静力学方法对斜拉桥的拉索索力识别别方法是可靠的,为结构在静态荷载作用下的拉索索力识别提供了一种理论方法。     

CFRP索斜拉桥地震波行波效应分析

碳纤维增强聚合物(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优良性能,在大跨度桥梁中将会广泛应用.对跨度大或延迟时间长的结构需考虑行波效应的影响,且其对CFRP索斜拉桥和普通斜拉桥影响程度也不相同.因此,为研究CFRP索斜拉桥在地震波行波效应下的动力性能,以某一大跨度斜拉桥为背景,建立模型,按照等强度原则将钢索换为CFRP索,计算并获得CFRP索斜拉桥在地震波一致激励和多点激励作用下的位移、应力及分别对应的时程曲线.计算结果表明,行波效应对CFRP索斜拉桥地震响应有显著的影响,使得该桥的时程曲线发生了较显著的变化,塔根效应增加显著,结构部分位移增长非常显著,对轴力影响比对剪力的影响更为明显,因此在大跨度CFRP索斜拉桥的设计分析中必须考虑行波效应的影响.     

基于刚度及经济的CFRP与钢组合拉索设计理论

基于钢斜拉索、碳纤维增强塑料(CFRP)斜拉索适用跨径研究结果,针对1 400~2 800 m主跨斜拉桥整体刚度不足提出一种新型结构方案,即基于刚度及经济性能的CFRP与钢组合拉索方案.该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索同时应用于斜拉桥中,将２种材料高强轻质及弹性模量高的优点进行组合,以充分提高斜拉索的等效刚度,进而提高斜拉桥的整体刚度.详细介绍该组合方案设计思路与方法,通过比较等效刚度以及经济性能给出２种材料斜拉索推荐组合比例.最后,通过一座1 400 m主跨CFRP与钢组合拉索斜拉桥试设计说明该方案相对传统方案整体刚度上的优势,证明其工程应用的可行性,是主跨为1 400~2 800 m斜拉桥的优选方案之一.     

CFRP加固混凝土梁的非线性有限元分析

碳纤维复合增强材料(CFRP)具有轻质、高强等特点,在我国混凝土结构加固中得到了广泛的应用.本文基于有限元软件ANSYS,对材料本构关系的选取、有限元模型的建立、网格划分、二次受力的实现及混凝土与CFRP之间的粘结滑移处理方式进行了探讨.以9根试验梁作为依据,将试验结果与数值模拟结果进行对比分析.结果表明,数值模拟结果与试验结果基本一致,所建立的有限元模型能较好地反应真实状况;且利用ANSYS可以较好地模拟CFRP加固梁在承载过程中的荷载效应,为实际工程提供了参考.     

CFRP筋复合增强板加固石梁受力性能有限元分析

采用有限元程序ABAQUS,对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋复合增强板加固石梁的受弯性能进行数值建模.利用已有的荷载-挠度曲线、荷载-CFRP筋应变曲线数据对建立的模型进行可靠性验证,结果表明:有限元模拟结果和试验结果吻合良好.在此基础上,对加固后的石梁进行受力全过程截面应力分析,归纳得出荷载-变形特征曲线.基于平截面假定,提出采用CFRP筋复合增强板加固石梁的受弯承载力计算公式,计算得出的开裂弯矩与试验结果和有限元模拟结果吻合较好.     

基于BIM的桥梁有限元模型转换与结构分析方法

为更好地使Revit与ANSYS软件之间的转换接口适用于大跨度复杂桥梁如斜拉桥的结构分析,基于Revit 2019及Revit API技术,运用C#语言进行二次开发,将斜拉桥BIM模型转化为包含不同单元类型的ANSYS有限元模型,其中,主梁、桥墩及支座转化为实体单元,斜拉索转化为杆单元,并且通过图形用户界面(GUI)开发及数据库开发,直接基于Revit模型进行网格划分、施加约束、施加荷载、求解及后处理操作,实现了斜拉桥BIM模型到ANSYS有限元模型转化及结构静力分析功能的自动化,并以长山大桥主桥为例进行验证.结果 表明:本文方法可以实现BIM模型与不同单元有限元模型之间准确无误的转换;通过对GUI界面及Revit模型进行操作,使桥梁设计人员可以更加迅速、有效地进行结构受力分析,为提高桥梁业工作效率与信息化程度奠定了基础.     

碳纤维复合材料座钣承载性能试验研究与仿真

通过射击试验对碳纤维复合材料（CFRP）座钣的承载性能进行了研究,采用ABAQUS建立了CFRP座钣-土壤耦合有限元模型,分析了装药量和射角对CFRP座钣力学响应的影响.仿真和试验结果具有良好的一致性,验证了该有限元模型的合理性.综合分析表明:CFRP座钣的强度、刚度基本满足使用要求;当射角相同时,CFRP座钣的最大应力值和最大位移值随着装药量的增加而增加;当装药量相同时,CFRP座钣的最大应力值和最大位移值随着射角的增加而减小.      

基于影响矩阵及粒子群算法的斜拉桥自动调索

给出一种基于影响矩阵法和粒子群智能优化算法的调索计算方案,能够针对斜拉桥有限元分析或者施工监控索力计算问题实现自动化的索力调整,以替代冗余反复的计算工作.利用编制的程序,对某斜拉桥有限元模型的索力进行了自动调索,结果表明,该方案可以快速地获得合理的群索初始拉力,并使得相对误差控制在2％以内.该自动调索方法为斜拉桥建模分析和施工监控索力计算提供了一种新的高效解决思路.     

钢筋混凝土双曲拱桥计算模型修正方法

分别用实体单元和梁杆单元建立双曲拱桥有限元模型(FEM),对其进行静动力的分析,并将得到的挠度、固有频率、振型等与现场实测结果进行比较.结果表明:梁杆单元模型的计算结果精度要略差于实体单元模型,但计算效率大大高于实体单元模型;对梁杆单元模型进行合理的模型修正,可以使其静动力特性更加符合实际,计算结果与实测结果的误差由原先的24.6%降低至8.33%以内.研究结果可为钢筋混凝土双曲拱桥的建模方法、模型修正和科学计算提供依据.     

某斜腿刚架拱桥静动载试验评估

针对斜腿刚架拱桥结构构造特点,对拱肋重要节点采用刚性连接方式建立了有限元模型,计算分析了设计活载及试验荷载作用下结构的静动载响应．同时,基于理论分析及现场静动载试验结果,分析和评估了该桥的承载能力及使用性能．有限元模型建立方法及静动载试验过程对该类桥梁性能评估具有工程借鉴意义．     

弯桥静动载试验评估

本文结合一座钢箱梁弯桥,在充分考虑弯桥受力特点的情况下建立有限元计算模型．并计算分析了设计活载及试验荷载作用下结构的静动载响应。同时,基于理论分析结果对该桥进行了现场静动载试验研究及评估     

润扬大桥南汊悬索桥桥面铺装在竖向荷载静力作用下的力学分析

介绍了一种整体局部模型的分析方法对钢桥面铺装进行力学研究,即分别建立整桥、局部梁段、正交异性板桥面铺装的三维有限元模型,通过边界条件的设置,将整桥力学分析的结果移植到正交异性板桥面铺装模型中.研究结果表明,考虑悬索桥桥型特点计算的铺装层最大纵向拉应力比以往局部模型的计算结果大12.6%左右,这是由于悬索桥主梁和桥面铺装活载挠度大于一般连续梁桥的结构特点所致.桥面铺装力学分析方法能较为准确地反映桥面铺装在整桥力学环境下的受力特点.     

连续梁桥模态分析与试验

为了研究弹性基础上连续梁的振动特性，提出了连续梁桥墩的振型函数表达式。对室内连续梁桥模型进行静力试验和模态试验，并与有限元模型对比分析，研究了连续梁桥在纵桥向和横桥向的自振特性。结果表明：考虑上下部结构共同作用时，连续梁桥的低阶振动形式主要表现为桥墩的弯曲振动，试验测得的频率和由理论振型函数计算的结果误差不超过6％；说明该桥墩振型函数可以较好地应用于连续梁桥的动力计算中；这种方法可以为此类桥梁的动力和抗震分析提供参考。     

海堤地震反应及稳定分析

本文对某围堤工程中的海堤进行了静力与动力非线性有限元计算,根据分析所得的动、静应力分量,采用有限元与圆弧滑动法相结合的有限元-圆弧法,分析了海堤的抗滑稳定性。抗滑分析计算所用土动力特性参数是用原状试样做共振柱试验和振动单剪试验直接测定的。     

横观各向同性层合板理论编程实现与验证

板式构件因自身特殊的几何形状,进行结构分析时,通常采用比实体单元效率更高的板（壳）单元。文章基于MATLAB编程,对刨花板材料构成的板式结构进行了有限元数值分析与静力荷载试验。首先,将横观各向同性材料本构方程应用于板式构件,得到了以刨花板为代表的三层结构复合材料层合板的力学性能本构关系。随之,介绍了基于Kirchhoff薄板及Mindlin-Reissner中厚板理论的DKT、DKQ、DST、DSQ板有限单元的构造方法,并验证了各个板单元有限元数值解与理论精确解的收敛性能;通过将板构件在空间内组装,说明了材料参数及节点自由度在单元局部坐标系与空间整体坐标系间的转换方法。最后,通过对比板结构静力试验测量值与有限元模型数值解,分析了不同板单元对有限元计算结果的影响。     

大电流母线桥电磁激励振动与噪声数值分析

针对低压大电流母线桥的降噪难题,建立了某型号母线桥的全三维数值模型,应用有限元和边界元综合分析法,对其进行了振动声学数值计算.计算过程中,以电磁场分析结果作为振动分析外激励载荷,进行振动响应分析,再以振动响应计算结果作为声学边界条件,采用间接边界元法,对母线桥声学特性进行了计算,计算结果与实验数据对比表明仿真模型和计算方法的有效性.在此基础上,根据仿真结果改进结构,实验验证其具有良好的降噪效果.     

Torsional inertia moment of beam element with complex section analysis based on FEM

Currently, for the analysis of complex bridge based on beam element, the calculation of cross-section torsional inertia moment is still an unresolved technical problem. Most current calculation of section torsional inertia moment is an approximate analytic method for two-dimensional cross-section, which is not fully consistent with the actual situation, and do not consider the effects of diaphragm in bridge. In order to analyze accurately cable-stayed bridge, suspension bridge and other complex bridge structures based on beam element, the calculation method of section torsional inertia moment based on finite element method (FEM) is invented in this paper. Firstly, setting up local cantilever fine model with solid element or shell element and applying torsion on the end of cantilever. Secondly, calculating the torsion angle of cantilever by FEM method and then the torsional moment through equivalent beam method. Finally, the examples of the section torsional moment calculation of concrete model with solid element with diaphragm and steel girder box model with shell element with diaphragm are used to verify the calculation method, which is applied to the suspension bridge design and construction control special software SBNA developed by Research Institute of Highway Ministry of Transport. Taizhou Bridge under construction is one of the examples.     

工-夹系统刚度计算及变形加工误差模型

研究切削加工过程中工件-夹具系统的刚度计算方法及变形加工误差.运用经典Hertz接触理论和有限元方法,基于切削加工中工件的准静态受力分析,提出工件-夹具系统刚度计算的新方法,建立了基于工件-夹具系统刚度的工件加工误差预报模型.该方法避免了有限元计算中接触分析的使用,无需多次非线性迭代计算,减少了计算时间.