大跨度钢箱连续梁桥三维仿真分析

某3跨钢箱连续梁桥跨径组合为58.51 m+112.8 m+58.51 m,桥面宽15.75 m,采用单箱单室截面,根部梁高5 m,跨中梁高2.8 m.本文以该桥为工程背景,利用有限元软件Ansys建立全桥三维板单元仿真模型,对钢箱梁关键截面应力、位移等进行了详细的计算分析,并与梁单元计算结果进行了对比,得出了一些有益的结论,为钢箱梁桥的设计提供了依据,对今后同类型桥梁设计具有一定的参考价值.     

刚性悬索加劲钢桁梁桥特殊节点模型试验设计与有限元分析

刚性悬索加劲钢桁梁桥是一种新型的桥梁结构形式,其刚性悬索与桁梁上弦杆的连接处-特殊节点是其中最关键的部位.结合东莞市东江大桥,应用Midas/Civil有限元软件对其特殊节点S25进行了有限元分析,得到了在最大荷载情况下特殊节点的应力云图,并与之前进行的大比例尺模型试验所测得的整体节点应力分布规律进行比较,从而证明了特殊节点构造设计的合理性,并对特殊节点的性能给出了总的评价.     

斜齿轮精确接触分析有限元建模方法

针对影响齿轮有限元接触分析应力计算精度的关键因素：有限元模型网格质量、接触带网格密度和齿面节点几何精度,提出一种高效的斜齿轮三维有限元精确齿面控制建模方法.优化算法求解接触线方程,规划斜齿轮节点模型潜在接触带节点分布,局部细化接触带单元,映射轮齿表层节点到设计齿面上,实现齿面精确几何建模.数值实验表明整体采用六面体单元映射网格划分结合接触带局部单元细化建模方法,能够有效地解决斜齿轮有限元接触分析计算精度与计算效率之间的矛盾.     

自锚式悬索桥地震反应有限元分析

以某独塔自锚式悬索桥为工程背景,采用空间有限元程序ANSYS,对其进行了地震反应仿真计算.针对桥塔和桥墩为异形结构(贝壳状弧形壳体),采用8节点实体单元模拟主塔和桥墩.通过迭代计算确定结构初始平衡状态并计入初应力对结构刚度的影响,建立了全桥精细有限元模型.分别对嵌固模型、考虑桩-土相互作用和考虑承台土压力这3种模型进行了不同地震波组合下的动力时程反应分析.计算结果表明:塔根截面的应力水平最高,是结构抗震的关键部位;墩和塔出现了局部应力集中的现象,应力集中的区域在截面突变处和截面的角点处;考虑承台土压力的影响,可以有效减小桩基础的应力;精细有限元模型可以较好地反映结构在地震作用下的易损部位.     

哈大高速铁路钢箱叠合拱桥拱脚局部应力分析

对我国高速铁路上的第一座大跨钢箱叠合拱桥哈大高速铁路138 m新开河桥进行了拱脚结构局部应力分析.根据圣维南原理,运用ANSYS有限元计算软件,利用壳单元和梁单元建立了精细的系梁-拱肋-吊杆-横梁的空间计算模型,根据结构的实际情况模拟边界及荷载,对桥梁结构在恒载及客运专线活载作用下拱脚位置的应力分布情况进行了分析.计算结果表明:新开河桥拱脚的支座顶板部位和钢箱系梁变截面位置的应力较大,虽然未出现超过材料屈服应力的现象,但是为了保证桥梁使用的安全,在设计和施工中应加以重视.     

考虑节点柔度的空心圆钢管桁架的简化分析模型

焊接圆钢管桁架在节点部位存在明显的局部柔度现象,在进行有限元分析时要精确模拟这种节点局部柔度就需要采用3D实体或壳单元模拟整个管桁架结构,这导致有限元分析的计算量大、效率低,不利于在工程设计中采用。为了简化计算过程,通常使用常规梁单元模拟钢管构件,并将管节点部位模拟成刚接形式。这种简化方法虽然提高了计算效率,但是却无法模拟出节点局部柔度导致的变形。为了解决这个问题,在常规梁单元模型基础上,在节点部位引入一个虚拟梁单元(Fictitious Beam Element,FBE)模拟节点的局部变形。虚拟梁单元的刚度可通过以往对管节点柔度研究所提出的参数公式进行等效。为了验证这种简化模型的准确性,对由T型管节点和Y型管节点组成的管桁架进行参数分析,共计算了12个管桁架模型,对这些管桁架模型分别采用3D有限元模型、常规刚接梁单元模型以及所提出的虚拟梁单元模型进行分析。研究结果表明:常规刚接梁单元模型会过低估计管桁架的变形,而采用虚拟梁单元模型则可以高精度地计算出管桁架的变形。     

客货共线1-156m简支钢桁结构分析

简支钢桁梁桥因其受力明确、结构高度低、自重轻以及施工周期短等优点,在铁路桥梁中得到了越来越广泛的采用。黄韩侯铁路单线1-156 m栓焊下承式简支钢桁梁是目前国内最大跨度的简支钢桁梁结构。该桥主桁采用无竖杆的三角形腹杆体系,主桁弦杆均采用箱形截面;腹杆采用箱形截面和H形截面;上、下均采用交叉式平纵联,采用工字型截面。采用MIDAS Civil 2010建立该桥三维有限元模型,计算其主桁杆件内力、应力、疲劳应力幅,及全桥自振周期。     

独塔斜拉桥0号块空间应力分析

以浙江省湖州市创业大桥为研究背景,运用有限元分析软件分别建立了全桥的整体杆系模型以及0号块主梁节段的空间实体模型。通过实体单元模型分析了最大悬臂阶段及成桥阶段下0号块的空间应力分布情况,并对实体单元与杆系模型的纵向正应力结果进行了对比,得到应力变化规律。计算结果表明该桥0号块整体以受压为主,应力分布比较均匀,满足设计与规范要求。     

桁架结构强度计算研究

分别采用轴力杆单元、弯曲-轴力梁单元和三维实体单元的有限元法对桁架结构进行静力分析.计算结果表明:采用轴力杆单元和采用梁单元的轴向应力接近,采用实体单元节点处的最大等效应力远高于杆单元模型和梁单元模型的应力,采用实体模型的位移大于杆单元和梁单元的位移;理想桁架中应力为零的杆件,用梁单元和实体单元计算应力并不为零;桁杆两端和节点存在应力集中,等效应力数值远大于杆件的应力.理想桁架的计算方法的杆件轴向应力虽然计算精度较高,但是不能反映节点的应力集中,桁架的强度计算应该考虑节点的应力集中.文中研究结果可以用于井架及电塔结构的强度设计.     

下承式钢管混凝土系杆拱桥拱脚局部应力分析

拱脚是钢管混凝土拱肋向混凝土的过渡段,局部构造复杂,是拱梁组合桥的关键部位,其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要。运用ANSYS软件建立拱脚三维空间有限元模型,计算分析了拱脚在拱肋张拉吊杆前后两种工况下应力的空间分布。根据分析结果可以得到,拱脚受力以纵向压力为主,应力分布较为均匀;局部出现小范围拉应力,且拉应力值不大。因此,在整个拱桥结构中,拱脚受力合理,满足实际工程需要。     

型钢混凝土桁架节点的非线性数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS对某工程的大跨度型钢混凝土桁架转换层节点进行了实体非线性数值模拟,得到了按整体模型逐层顺序分析所得节点处各构件内力作用下型钢混凝土节点的应力分布和变形性能。施工阶段对节点的监控结果表明,现场实测结果与非线性条件下数值模拟分析结果吻合较好,可为此类构件的节点设计及其性能分析提供理论参考。     

Analysis of structural hot spot stress in orthotropic plates

On the basis of the actual steel deck structure of Taizhou Bridge, this paper carries out hot-spot stress analysis on some key spots by using the finite element model which simulates local structure of orthotropic steel bridge decks. A finite element model is established for local structure of orthotropic steel bridge decks, and in the analysis of linear elasticity of the structure, face load is employed to simulate the loads from vehicle wheels. Analysis results show that main stresses are relatively heavy at the joints between diaphragm plates, top plates and U-shaped ribs and the joints between diaphragm plates and U-shaped ribs. These joints shall be regarded as key points for hot-spot stress analysis. Different mesh densities are adopted in the finite element model and the main stresses at different hot spots are contrasted and linear extrapolation is carried out using extrapolation formulae. Results show that different mesh densities have different influences on the hot-spot stresses at the welded seams of U-shaped ribs. These influences shall be considered in calculation and analysis.     

钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算

为了研究钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算方法和影响其挠度变化的因素,将钢桁腹杆换算为具有等效厚度的换算钢腹板,对悬臂板纵向位移函数进行修正,再利用变分法原理推导综合考虑腹杆剪切变形和剪力滞效应的挠度计算公式.运用有限元软件ANSYS建立组合箱梁的有限元模型,对有限元数值计算值和理论计算值进行比较分析,并在此基础上研究高跨比和腹杆水平倾角对组合箱梁由腹杆剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度的影响.研究结果表明:对组合箱梁悬臂板纵向位移函数进行修正可提高挠度计算精度;对于处于合理高跨比的组合箱梁而言,其腹杆的剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度不可忽略;组合箱梁腹杆水平倾角仅会对腹杆剪切变形引起的附加挠度产生影响.     

正交异性钢桥面板横隔板挖孔型式

为提高正交异性钢桥面板的抗疲劳性能,建立了4种常用横隔板挖孔型式的精细化数值分析模型,并通过足尺钢桥面板静力试验,校准了隔板挖孔细节的有限元模型。通过有限元参数分析,讨论了横隔板挖孔型式和几何尺寸对挖孔处应力分布的影响。数值分析结果表明,Haibach孔和圆形孔的分析点应力分布较合理,挖孔自由边的半径是影响其应力分布的主要因素。基于数值分析结果提出了改善钢桥面板挖孔应力的有效措施,为钢桥面板抗疲劳设计提供了技术依据。     

箔材激光弯曲成形的有限元模拟

建立了箔材微尺度激光弯曲成形的三维热力耦合有限元模型,并采用大型非线性有限元软件MSC.Marc对其激光弯曲成形过程进行数值模拟.通过模拟计算得到了箔材弯曲变形过程中的温度场、变形场与应力应变场.分析了应力、温度、变形三者之间的内在关系.研究发现:采用功率为25 W,光斑直径为0.2 mm的激光光束,以100 mm/s速度扫描厚度为0.1 mm的不锈钢箔,其弯曲成形的主要机理为温度梯度机理.     

温度效应下的板桁结合钢桥局部分析

板桁结合结构钢桥在日照作用下,因桥面板和主桁升温速度不同而存在较大的温差,这种温差的存在对桥面板与桁架连接部位以及横梁与桁架连接的部位造成不利的影响。以重庆市东水门长江大桥为工程实例,运用有限元分析软件Midas FEA对实桥建立三个节段有限元模型,采用板单元,温度荷载加为单元温度,对局部温差作用进行了分析。结果表明:桥面板应力主要影响位置在横梁的两侧0.3 m内,其应力符号相反;温差19℃时,引起板应力最大2.9 MPa,横梁剪应力在22.8 MPa波动;温差30℃时,应力5.35 MPa,剪应力高达32.52 MPa。根据结构钢材考虑的温差,可知本工程设计的结构在目前考虑的温差效应是安全的,在施工拼装的过程中,应严格控制局部温差。     

斜拉桥扁平空腹钢箱梁悬拼施工时的截面变形

湛江海湾大桥主桥是一主跨为480m的双塔空间双索面混合梁斜拉桥,钢主梁采用扁平空腹流线型钢箱梁,标准梁段横隔板和纵隔板均为桁架式.在悬臂拼装施工过程中,吊机作用梁段与被吊梁段受力不同,在两段梁的接口处存在较大的变形差异.文中采用混合单元建立被吊梁段与吊机作用梁段的三维有限元模型,分析了悬臂拼装阶段钢箱梁拼接口的相对变形,研究了纵横隔桁架刚度等参数对变形的影响.分析表明,大跨度斜拉桥采用全空腹钢箱是可行的,相对变形的大小取决于箱梁的整体刚度和吊机的横向着力点.     

三主桁84＋84m连续钢桁梁桥正交异性整体钢桥面受力分析

南京大胜关长江大桥是京沪高速铁路上一座六跨连续铁路钢桁梁（拱）桥,采用混凝土与钢正交异性板相结合的整体桥面,多横梁体系,钢正交异性板与下弦杆焊连在一起。本文主要研究了该桥边孔84＋84m三主桁连续钢桁梁桥正交异性整体钢桥面板的受力情况。利用空间有限单元法,对桥面系部分构件的受力情况进行了分析。计算结果表明：该桥的整体桥面结构满足高速行车要求;桥面系各构件受力合理。