海上风电大尺度预应力筒型基础结构预应力优化设计

应用于海上风电工程中的大尺度筒型基础为钢筋混凝土结构,中间的弧形过渡段为塔筒和筒基之间的传力过渡段,因而对其传力性能和防腐性能有着较高的要求.为优化大尺度筒型基础过渡段的传力性能和防腐性能,对基础上部弧形过渡结构施加预应力.借助有限元软件ABAQUS,对施加有预应力的大尺度筒型基础结构进行数值模拟分析.在极限荷载、交变荷载及相同的边界条件下,在弧形过渡结构上作用不同大小的有效预应力,计算各种情况下的弧形过渡结构和基础环梁受力特征,通过其主拉应力、主压应力的峰值以及主拉应力大于2,MPa的分布区域来分析结构受力性能.经过计算分析可知:弧形过渡结构在有效预应力增加到800,MPa时,继续增大预应力值,过渡结构抗裂性能趋于稳定;基础环梁在作用600,MPa有效预应力情况下,其抗裂性能最佳.在基础预应力设计中,应综合考虑两部位的受力变化趋势.有限元模拟的是有效预应力,在实际工程中,除考虑各种预应力损失外,应适当增加张拉控制应力.     

大跨度梁拱组合体系0号块应力状态分析

梁拱组合体系连续梁桥作为高铁的重要工程设施,在其施工过程中,0号块应力状态的分析研究至关重要﹒以后马庄特大桥为依托工程,采用MIDAS/FEA建立该桥0号块模型,研究水化热温度场,混凝土收缩、徐变和环境温度荷载对其应力状态的影响,并提出相应施工控制措施﹒研究表明:水化热温度场对0号块应力状态影响较大;0号块在3～4d达到最高温度,形成内外最大温差,结构最大主拉应力值超限,存在开裂风险;可从设计、混凝土配合比优化、现场施工控制技术和混凝土合理养护等方面进行0号块应力控制﹒     

曲线梁桥的实体有限元模型与预应力作用

为了研究预应力荷载对混凝土曲线梁桥典型病害的影响,基于通用有限元软件ABAQUS建立了混凝土曲线梁桥实体有限元模型,研究了预应力钢束的模拟及预应力作用实现的方法,通过与试验数据对比分析,验证了该建模方法的可靠性。采用上述建模方法对一独柱支承的混凝土曲线梁桥进行了预应力效应数值分析。研究结果表明:预应力荷载可在曲线梁桥中产生较大的扭转效应,尤其在小半径曲线梁桥设计中不容忽视;设计中对预应力产生的扭转认识不足,是混凝土曲线梁桥产生"典型病害"的主要原因之一。     

高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥梁0号块的受力分析

以某工程为实例,利用大型有限元软件建立0号块的空间模型,分析讨论0号块和墩体的受力和应力分布情况,为0号块的施工提供理论依据。     

体外预应力加固曲线梁试验

目的研究体外预应力加固对曲线梁构件的裂缝开展、挠度变化、钢筋应力变化等的影响,分析当设置不同的转向块形式时对曲线梁桥力学性能的改变.方法以沈阳市某曲线桥梁作为研究对象,共制作3根缩尺钢筋混凝土曲线箱梁,进行了不同转向形式的加固,通过静载试验分析荷载作用下不同梁的挠度、应力变化及裂缝开展情况,并将理论分析值与试验值进行比较.结果体外预应力可以有效提高曲线梁的承载能力,抑制裂缝的发展和梁的变形;设置多个转向块单转向块的加固梁能更好地改善曲线梁的受力,提高承载能力.体外预应力能有效降低梁的下挠,改善梁的变形.在试验过程中,同一片梁,在相同荷载作用下,加固侧梁的变形明显变小.体外应力能有效地抑制裂缝开展,使裂缝部分闭合.在试验过程中,同一片梁,在相同荷载作用下,加固侧的梁的裂缝明显变小.不同的体外预应力布筋形式对闭合裂缝的效果也有明显差异.结论多转向块的加固形式对于对闭合裂缝,抑制裂缝开展有明显作用.曲线梁采用多转向块加固能改善梁的受力性能,较单转向块加固梁受力更加合理,承载能力更高.     

大悬臂预应力混凝土盖梁空间受力分析

大悬臂预应力混凝土盖梁一般为跨高比较小的深受弯构件,内部体系受力复杂.为研究其空间受力特点,采用通用有限元结构分析程序建立三维块体有限元盖梁模型,对其进行施工阶段和使用阶段受力分析,并与相应梁单元模型进行对比.结果表明:实体模型及梁单元模型计算所得应力分布总体相同,但实体模型会出现部分应力集中现象;施工阶段分析应是此类盖梁结构设计的重点;盖梁悬臂段截面横向受力不符合平截面假定,局部出现应力集中现象.     

预应力CFRP加固混凝土桥梁非线性分析

为研究预应力CFRP加固混凝土桥梁的受力性能,以阜新市东环路大桥加固工程为背景,应用预应力CFRP对其进行加固。运用ANSYS软件对6组预应力CFRP加固的混凝土桥梁的受力性能进行了数值模拟,得到的荷载—挠度曲线与理论结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,在此模型基础上对预应力CFRP加固混凝土桥的受力性能进行了非线性分析,研究了预应力CFRP加固中预拉力值大小、粘贴层数对被加固桥梁受弯性能的影响。结果表明,预应力CFRP加固桥梁较非预应力CFRP加固桥梁其屈服荷载与极限荷载提高20%~40%,挠度降低25%~55%,混凝土与CFRP之间剥离的应力产生几率大大减小,有效解决了非预应力CFRP加固梁所产生的应力应变滞后的问题。     

下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥拱脚有限元应力分析

采用三维块体单元,进行了大汾北水道特大桥拱脚结点空间有限元分析.计算结果表明:拱脚结点以纵桥向受压为主,结点内部应力分布较均匀,总体受力合理,满足设计要求.但施工中应注意刚度突变处以及预应力锚点等应力集中区域的施工质量,并建议进行局部钢筋网的加强,便于应力的分散.     

预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱滞回性能有限元分析

采用环向预应力碳纤维条带加固钢筋混凝土圆柱,能够对核心混凝土提供主动约束,避免纤维复合材料的应力滞后,显著提高柱的承载力、延性和抗震性能.为模拟预应力碳纤维条带加固钢筋混凝土圆柱拟静力试验的非线性响应过程,利用有限元软件ABAQUS的实体单元建立了圆柱的有限元模型,对其滞回曲线和骨架曲线等进行了分析,并将其结果与试验结果进行比较;最后进行了预应力度、轴压比对加固效果的参数影响分析.结果表明,实体单元有限元模型可以较好地模拟预应力碳纤维条带加固钢筋混凝土圆柱在低周往复荷载作用下的非线性响应,使用预应力CFRP加固能够提高钢筋混凝土圆柱的抗震性能.     

大跨预应力混凝土连续梁桥悬臂施工结构控制分析

目的研究大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工的成桥线形和受力情况,为施工控制提供理论依据,并指导桥梁的设计和施工.方法模拟分析大跨度预应力钢筋混凝土连续桥梁悬臂施工的受力状态和变形特点,得到桥梁结构各个施工阶段的受力状态和变形,利用TDV软件建立桥梁模型,分别采用正装分析法、倒装分析法和无应力状态分析法,对桥梁施工过程进行结构控制分析.结果模拟分析出桥梁结构在各个施工阶段的变形和受力状态以及它们的变化规律,保证桥梁成桥的线形和受力情况符合设计要求.结论根据结构控制原理并结合模拟分析数据特点,正装分析法适用于施工过程中结构应力计算,倒装分析法适用于施工过程中立模标高的确定,无应力状态分析法适用于预测成桥状态下的结构应力和线性情况.     

应用荷载释放系数法模拟黄土隧道施工

针对新奥法施工的黄土隧道,应用大型通用有限元软件ANSYS模拟黄土隧道开挖支护的施工过程,采用荷载释放系数控制围岩的荷载释放,分析隧道施工对围岩及支护结构力学特性的影响.分析结果与工程实测结果的对比表明:采用荷载释放系数法能较为合理地模拟黄土隧道施工过程,得出围岩和支护结构连续受力变形的情况;建议在隧道施工过程中加强拱...     

基于组合式模型的箱梁横向预应力张拉顺序分析

为了研究混凝土箱梁横向预应力合理的张拉顺序,利用体梁组合单元建立了南京长江第二大桥北汊桥悬臂施工的空间有限元模型,分析了采用不同张拉顺序施加横向预应力对箱梁顶板横向正应力分布的影响.分析结果表明:分段立即张拉会造成顶板中部下缘横向压应力沿纵向近似线性增加,从与前一梁段交界处的2.9 MPa增加到与后一梁段交界处的10.1 MPa;采用滞后张拉时,顶板中部下缘产生约6.7 MPa的均匀压应力,表明滞后张拉能更合理地发挥横向预应力的效应.据此提出了基于滞后张拉的施工方法,以克服横向压应力沿纵向分布不均的缺点,并进一步指出了滞后张拉在设计和施工中的注意事项,为改进现有大跨预应力混凝土箱梁的设计理论提供参考.     

矮塔斜拉桥参数敏感性分析

以开封黄河二桥主桥矮塔斜拉桥为研究对象,采用MIDAS/Civil有限元程序,建立了该桥在最大悬臂施工阶段的有限元计算模型.考虑施工过程中可能出现的桥梁参数变化,分别进行主梁混凝土容重、主梁混凝土弹性模量、主梁截面尺寸、斜拉索弹性模量、斜拉索初张力、主梁预应力荷载和施工荷载敏感性分析,确定出悬臂施工时影响主梁位移和应力的主要设计参数.计算结果表明,主梁混凝土容重、截面尺寸、斜拉索初张力、预应力荷载和施工荷载为主要设计参数,混凝土弹性模量和斜拉索弹性模量为次要设计参数.所得结果可为该桥梁施工控制提供参考.     

滑动层摩擦因数对斜向预应力水泥路面板的影响

滑动层摩擦因数对斜向预应力水泥路面板结构受力及变形的影响较大,设置满足路面结构受力及变形要求的滑动层,是决定斜向预应力水泥路面铺设成功与否的关键因素之一,建立斜向预应力路面结构1/4有限元模型,基于此模型分析了斜向预应力水泥路面板在车轮荷载和温度梯度荷载作用下,滑动层摩擦因数对其路面结构受力与变形的影响;运用解析计算法,研究了滑动层摩擦因数对路面板内温度伸缩应力的影响,以及温度应力作用下滑动层摩擦因数对路面板伸缩量的影响;并进行了斜向预应力路面板屈曲验算。研究结果表明:车轮荷载作用下,斜向预应力路面滑动层摩擦因数对路面板内应力及变形影响较小,可忽略不计;温度梯度荷载作用下,斜向预应力路面滑动层摩擦因数在0.3~1.2范围内变化时,路面板内最大主应力均小于水泥混凝土抗弯拉强度5 MPa,不会引起斜向预应力路面板开裂;温度荷载作用下,滑动层摩擦因数小于1.04时,路面板内伸缩应力不会引起路面板开裂,且滑动层铺设初期摩擦因数越小越有利于减小路面板内温度应力值;增大滑动层后期摩擦因数,有利于减小斜向预应力路面板端伸缩量,但不应大于1.04;斜向预应力路面板最不利屈曲临界温度为48.166℃,在通常外界环境温度下,斜向预应力水泥路面板不会发生屈曲失稳破坏。     

圆形钢质压力管道碳纤维布加固研究

文章针对存在缺陷损伤的压力管道,采取碳纤维复合材料(CFRP)的加固方式,不同的CFRP纵向加固范围会影响补强的效果。采用有限法分析压力管道加固前、后的受力性能,结果表明,环向加固CFRP可有效降低缺陷处的应力,可见CFRP加固效果明显;并与试验模拟结果进行了比较,得出有限元与试验模拟的荷载-应力曲线的形式及变化趋势基本吻合,故合理选用有限元模型可以较好的模拟试验情况。     

潮州大桥大体积0号块多次浇筑临时支架力学性能应用研究

以潮州大桥工程为依托,探讨大体积0#块在多次浇筑过程中临时钢管支架的受力和变形,阐述了混凝土斜拉桥悬臂施工0#块临时支架的结构设计和计算方法。用有限元分析软件MIDAS建立了0#块、塔柱和支架整体的空间分析模型,并采用梁格法处理复杂的主梁结构,对潮州大桥主桥0#块多次浇筑进行施工过程模拟,分析各工况下临时支架及混凝土梁的受力情况。同时通过有限元程序计算结果与实际现场试验数据比较来验证数值分析的合理性。结果表明,大体积0#块混凝土多次浇筑可以减小支架系统所承受荷载,已经浇筑的混凝土将与临时支架系统一起共同受力。在多次浇筑过程中,采用了分次张拉预应力的方法,可以增强先前浇筑混凝土梁的抗弯性能,保证了后续浇筑的安全可靠。     

大跨钢-混凝土连续组合梁桥施工过程的数值模拟

北京地铁5号线立水桥-立水桥北站段第2联组合梁桥首次综合施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法对负弯矩区混凝土施加预压应力,施工工序复杂,须保证其施工过程安全.以ANSYS有限元软件为工作平台,采用一次性建立全桥模型,利用单元生死技术,实现了对桥梁施工过程中每一施工阶段变形和应力的数值模拟.该组合梁桥具有良好的力学特性,桥经过多次体系转换,组合梁桥施工过程安全,可行.与现场实测数据比较,采用现有通用有限元软件可很好地对实际施工过程进行仿真分析;施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法综合使用可有效为负弯矩区施加预应力,其中预加静荷载法最有效,但对钢梁内力及变形影响较大.     

曲线现浇箱梁的设计和分析

某高速公路互通匝道上的现浇箱梁位于小半径曲线内,其结构受力、设计及构造均与直线上箱梁设计有所不同,文章采用有限元软件分析了主梁的结构内力、应力和支反力,了解小半径曲线中现浇箱梁的受力特性,通过构造措施解决不利的受力状态,使结构设计安全合理,满足规范及使用要求。     

32m高速铁路简支箱梁模型非线性有限元分析

以高速铁路预应力混凝土简支梁为研究对象,采用纤维模型和平面有限元模型分析方法进行重复荷载下简支梁模型的非线性有限元分析,详细介绍了数值模型建立中的关键问题并给出了合理取值,同时对静力非线性和频率衰减规律进行了初步探讨.结果表明:纤维模型和平面有限元分析方法分析得到的预应力混凝土箱梁模型的荷载位移骨架曲线与试验测试结果吻合较好,纤维模型可以较好地模拟加卸载规律,平面有限元方法可以进行静力非线性和损伤衰减规律的分析,两种方法结合可以较好地预测高速铁路预应力混凝土箱梁整个加载历史的非线性响应.     

体外预应力FRP筋加固混凝土单向板受弯性能及承载力计算方法

以FRP筋张拉应力和加固量为试验参数,制作了6块混凝土单向板,包括1块对比板和5块体外预应力玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋加固混凝土单向板,分析了体外预应力筋对混凝土单向板受力性能的影响.结果表明,体外预应力FRP筋对混凝土单向板开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有明显的提高.结合本文和已有文献的试验结果,分析了张拉控制应力、FRP筋加固量和加固长度、FRP筋有效高度对混凝土受弯构件性能的影响,提出了体外预应力FRP筋加固混凝土受弯构件承载力计算方法.该方法适用于体外预应力FRP筋加固混凝土梁和单向板受弯构件承载力的计算.