体外预应力混凝土梁的非线性有限元分析

体外预应力结构在承载能力极限状态下的性能是设计关注的重要问题 ,而现行规范中并没有提出一种有效的计算方法 .而采用非线性有限元程序对体外预应力混凝土梁进行全过程分析不失为一种较精确的方法 ,同时考虑了混凝土和钢筋的材料非线性以及结构的几何非线性 ,建立了体外预应力简支梁的三维分析模型 ,分析并模拟了在三分点荷载作用下加载直到破坏的全过程 ,并和试验进行了比较     

体外预应力钢－混凝土组合梁在负弯矩作用下的稳定系数研究

摘要：对组合梁施加体外预应力，可有效提高截面的开裂弯矩。负弯矩作用下体外预应力组合梁的极限承载力受失稳控制，其侧扭失稳表现为与纯钢梁不同的畸变失稳模式。本文考虑钢梁初始几何缺陷影响和残余应力影响，对体外预应力组合梁进行了有限元非线性稳定分析，计算结果与试验实测值吻合。通过改变截面参数，对25组组合梁在初始几何缺陷、不同残余应力分布和不同综合力比下的承载力进行计算，给出了预应力组合梁的长细比计算公式，与我国现行钢结构规范钢柱稳定曲线进行了比较。研究表明：承受负弯矩作用的体外预应力组合梁可用文中提出的长细比做参数采用钢柱稳定曲线进行计算。     

基于CR列式的平面体外预应力梁非线性有限元模型

将体外预应力筋视为在锚固位置和转向块位置分别与梁体固结及相连的常应变构件,基于锚固位置和转向块位置处体外预应力筋和梁体的几何关系,采用共旋坐标（co-rotational, CR）法导出体外预应力筋在结构坐标系中的切线刚度矩阵和杆端抗力.结合常规的几何非线性CR平面梁单元,建立体外预应力平面梁的几何非线性有限元模型并编制了程序,对一简支梁算例的两个工况进行了几何非线性分析并与ABAQUS程序进行了比较.结果表明：不管是预应力施加工况还是承受外载工况,对于梁端水平位移、跨中竖向位移和体外筋轴力,两种方法得到的计算结果吻合良好,从体外筋轴力方面而言,本文方法更能体现体外筋为常应变构件的受力性能,因此可用于体外预应力结构的非线性有限元分析.     

无粘结预应力粉煤灰混凝土桥梁极限承载力的有限元分析

根据有限元理论及基本假定,考虑了材料的非线性及结构的几何非线性,应用Fortran语言编制无粘结预应力高性能粉煤灰混凝土桥梁极限承载力的非线性有限元程序,并用程序对9根无粘结预应力混凝土试验梁进行了计算.计算结果和试验结果符合良好,说明该分析程序是可靠的,并且能准确可靠的预测无粘结预应力高性能粉煤灰混凝土桥梁从开始加载直到破坏的全过程结构响应;试验结果也表明不同粉煤灰掺量对高性能混凝土桥梁的极限承载力影响不大和高性能粉煤灰混凝土桥梁中混凝土、钢筋和预应力钢筋参数按《桥规》取值计算能够取得比较满意的结果.     

简支梁桥体外预应力筋受活载作用的应力变化

利用研发的体外预应力混凝土桥梁结构弹性阶段非线性分析专用程序 ,对几种典型跨径体外预应力混凝土简支梁桥的体外预应力钢束在汽车活载作用下的应力变化进行分析 ,研究了结构跨高比、体外预应力钢束与结构的粘结关系、转向块间距等参数对计算结果的影响 .同时也与相同条件下的传统体内预应力结构的预应力钢束的应力变化幅度进行比较 .这项研究是体外预应力钢束体系疲劳评价研究的一部分     

2008奥运乒乓馆预应力钢屋盖非线性分析与研究

作为杂交张拉结构的一个实例，介绍了奥运会乒乓球馆——北京大学体育馆，大跨度预应力桁架壳体的结构非线性分析的基本理论与分析方法．包括单元选取、初始态预应力度的确定、非线性屈曲分析及整个屋盖的弹塑性极限承载力分析．其中屋盖的极限承载力分析采用弹塑性非线性有限元进行分析，并同时考虑几何非线性和滑动支座滑动引起支承条件的非线性变化．有限元分析结果表明，屋盖的极限承载力取决于支座立柱、中央刚性环和屋盖支撑的强度和刚度．该分析方法和结论可供类似结构的分析、设计参考．     

斜腹杆体外预应力结构杆索几何非线性耦合分析

采用增量线性化的分析方法,以斜腹杆体外预应力结构为研究对象,通过索单元模型的建立,应用几何关系、物理关系及平衡关系,求得索结点位移增量的结构切线刚度矩阵及腹杆伸缩增量列阵.研究表明,斜腹杆体外预应力结构切线刚度矩阵不仅与索单元杨氏模量、横截面面积、原长、当前的参量相关,还与腹杆当前的参量相关.用牛顿-拉斐逊(Newton-RaPhson)增量迭代法,对索结点位移编制计算程序.斜腹杆体外预应力结构杆索耦合的几何非线性分析,为梁-杆-索组合结构加固设计提供了理论依据.     

体外预应力CFRP筋混凝土梁正截面抗弯试验研究

为研究体外预应力CFRP筋混凝土结构的正截面抗弯特性,研制了CFRP后张预应力筋夹片式锚具,对1片体外CFRP筋直线布置体外预应力混凝土梁和2片体外CFRP筋曲线布置体外预应力混凝土梁进行了正截面抗弯试验研究.试验结果表明:体外预应力CFRP筋混凝土梁受力过程与体外预应力钢筋混凝土梁有较多相似之处;跨中设一转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁的开裂荷载和极限承载力均比不设转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁要大,而跨中极限挠度则比不设转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁要小.在跨中设置转向块,可有效提高体外预应力CFRP筋混凝土梁的极限抗弯承载能力.按所推导的体外预应力CFRP筋混凝土梁的极限抗弯承载力理论公式,计算值与试验实测值吻合良好.     

大跨度钢管混凝土拱桥的极限承载能力分析

介绍了同时考虑材料非线性和几何非线性的钢管混凝土拱桥稳定性分析方法,采用该方法对茅草街大桥模型试验的极限承载能力进行了分析,并讨论了不同的布载方式与风荷载对于结构极限承载能力的影响。通过计算分析表明,只有同时考虑结构的几何非线性与材料非线性,才能对结构的极限承载能力做出正确的评估。     

单层体外预应力钢筋混凝土框架抗倒塌试验研究

通过两榀单层双跨体外预应力钢筋混凝土框架结构试验研究,分析中柱失效后结构体系的抗倒塌性能。对试验模型框架受力过程进行分析,建立基于结构变形的体外预应力筋应力变化分析方法,推导出体外预应力钢筋混凝土框架倒塌破坏的极限荷载简化计算公式。研究结果表明:中柱失效后,体外预应力钢筋混凝土框架的连续倒塌过程分为4个阶段即弹性阶段、弹塑性阶段、受压混凝土破坏阶段和悬链线作用阶段,结构主要通过压拱机制和悬链线机制进行内力重分配;悬链线机制提供的抗力由侧向约束的刚度和强度决定,当柱对梁提供的水平约束不足时,框架的倒塌抗力随竖向位移的增大而不断下降;体外预应力筋可提高框架的开裂荷载、压拱作用阶段的峰值荷载以及悬链线作用阶段的极限荷载;采用所提出的公式所得计算结果与试验结果较吻合,可用来预估体外预应力钢筋混凝土框架考虑悬链线作用的极限承载力。     

大跨度预应力混凝土梁式桥设计优化

大跨度预应力混凝土梁式桥在公路工程中得到广泛应用,针对该类桥梁普遍出现梁体裂缝、跨中下挠等病害,从结构总体、预应力构造、结构计算等方面深入分析,提出结构设计优化的建议,延长结构的耐久性。     

用ANSYS计算拱形橡胶减震垫的极限荷载

通过实验确定了橡胶材料的Mooney-Rivlin常数,再以拱形橡胶减震垫为对象,建立了用于计算的空间有限元模型.考虑材料非线性和几何非线性,用工程软件ANSYS得到了拱形橡胶减震垫的极限荷载以及与之相对应的拱形橡胶减震垫的压缩量.     

体外预应力筋极限应力的简化计算方法

为了得到一个简捷、实用、可靠的体外预应力筋极限应力设计值的计算公式,结合48片试验梁的试验数据,对常见的九种计算方法进行了评价和分析。基于评价分析结果,首先选取与试验结果相比计算准确度较高且便于应用的计算模式,然后对计算模式进行修正以满足桥梁设计的要求,最终得到一种桥梁体外预应力筋极限应力设计值的计算公式。给出两个体外预应力筋加固钢筋混凝土简支梁桥和预应力混凝土连续梁桥的极限应力计算示例,验证了公式的正确性,可供桥梁加固工程参考。     

五强溪大坝表孔预应力闸墩应力复核

五强溪表孔闸墩采用预应力钢筋混凝土结构型式.因监测仪器失效,目前难以掌握预应力锚索的预应力损失情况.为论证当前预应力闸墩的安全性,选取22号坝段预应力混凝土闸墩作为典型对象,采用三维有限元计算方法进行应力复核计算.对预应力荷载的模拟采用敏感性分析的方法,设定3种工况进行计算.通过对计算结果进行分析,并结合监测资料,认为目前闸墩的位移、应力状态正常.     

线性弹性Timoshenko梁的屈曲与分叉

在假定梁不可伸长的基础上,给出了描述几何非线性、物理线性的大挠度Timoshenko梁的变分原理,由此导出了大挠度Timoshenko梁平面静动力学分析的边值问题.在几类边界条件下,具体求解了线性弹性Timoshenko梁的临界载荷,并与Euler梁的结果进行比较.讨论了细长比(横向剪切变形)对梁的临界载荷的影响,给出了不同端部条件下,线性弹性Timoshenko梁的无量纲临界载荷.通过数值计算,分析了弹性Timoshenko梁在临界载荷处的屈曲和分叉以及稳定性,并与理论值进行了比较.     

体外预应力FRP筋混凝土梁承载力计算

纤维增强塑料(FRP)作为一种新型高性能的结构材料,具有轻质、高强和抗腐蚀等特点,在土木工程中是一种具有发展前景的新型预应力筋用材。采用应变折减的方法推导了体外预应力FRP筋混凝土梁承载力的计算方法,并将计算结果与试验数据进行了对比。研究结果表明本文推导的计算方法可以作为体外预应力FRP筋混凝土梁承载力的计算公式。     

HSS-H刚性连接节点的极限承载力研究

现有钢结构节点设计手册未给出梁端加强式方钢管柱与H型钢梁刚性节点(HSS-H刚性节点)极限承载力的计算公式。运用大型通用有限元分析软件ANSYS对HSS-H刚性连接节点的极限承载力研究,通过平衡路径应力分布图进行结果比较和分析,表明了通过梁端加盖板和肋的方式加强梁柱节点能有效地迫使梁端塑性铰向梁的跨中移动。     

混凝土梁桥过火后预应力损失

火灾中产生的高温对预应力结构有较大影响,因降低结构的有效预应力,导致过火后受拉外缘压应力储备降低,结构提前开裂,影响结构使用性能和耐久性。为快速确定预应力混凝土梁过火后的有效预应力,以某省过火后拆除的32片梁为样本,通过实测过火后混凝土梁桥钢绞线永存应力,获得剥落深度比与预应力损失比的回归公式,选用极限承载能力试验及有限元数值分析验证该公式的适用性。结果表明,火灾后梁板预应力钢束出现应力损失,当混凝土剥落深度超过1/3钢绞线净保护层时,预应力损失不可忽略;先张法预应力混凝土结构,抗火设计应适当提高钢绞线保护层厚度;当混凝土剥落深度超过2/3钢绞线净保护层时,预应力损失率达10%,严重影响结构刚度。     

钢箱梁斜拉桥索梁锚固区极限承载力分析

为了掌握索梁锚固区在索力作用下的应力分布和极限承载力，以青岛海湾大桥红岛通航孔斜拉桥为工程背景，应用等效板厚法近似模拟钢锚箱承压板与锚垫板之间的接触非线性问题；采用板壳单元和梁单元建立了索梁锚固结构的有限元模型，对索梁锚固区在最不利荷载组合作用下的受力性能进行了研究；并考虑几何非线性和材料非线性对锚固区及钢箱主梁进行极限承载力分析。结果表明：在最不利荷载组合作用下钢锚箱与主梁腹板的连接区域应力集中，超过了材料的屈服强度；索梁锚固区的极限承载力为设计荷载的3．07倍，有一定的安全储备。在上述分析的基础上，提出了改善索梁锚固区受力性能的构造措施。     

受压区加固的旧桥预应力混凝土空心板的破坏荷载试验研究

通过某已使用10年的旧桥预应力混凝土空心板受压区加固后的破坏荷载试验研究,对受压区加固后的旧桥预应力混凝土空心板的破坏机理、变形性能及极限承载能力等进行了研究,为旧桥预应力混凝土空心板的加固设计及单板受力问题的分析解决提供了试验依据.