拉索半精细化有限元模型及其敏感性分析

拉索是由钢丝通过一定方式绕捻组合而成,其力学性能是其组成钢丝性能以及相互间组合受力的综合体现.基于不同拉索的绞捻特性,提出拉索半精细化有限元模型,使用倾斜且旋转排列的短梁来模拟绕捻钢丝,并通过节点耦合的方式模拟钢丝之间的相互作用关系.结果表明:该方法能够得到拉索的整体组合性能以及组成钢丝的内力分布,并且计算简单高效.在轴向力作用下,内部钢丝受力较大,越往外圈受力越小.基于有限元的概率计算和敏感性分析能够反映出钢丝材料不定性对于拉索整体机械性能的影响.     

弦支穹顶局部环索断索动力冲击效应试验

针对弦支穹顶结构在使用过程中可能遇到的环索断索问题,对弦支穹顶模型开展了局部环索断索动力冲击效应试验.通过对比环索不同初始预应力和不同索撑节点约束条件下的断索动力冲击效应,得到了局部环索断索对结构杆件内力和位移的影响及其规律.试验结果表明:断索点附近的杆件受到断索的影响会发生一定的运动和震荡,其内力也会发生波动,且索力越大、节点约束越弱,波动幅度越大;当索撑节点处无约束时,局部断索会引起结构整体的剧烈震动,且拉索在索撑节点处会发生较大的滑移,造成整圈环索内力大幅降低,严重影响结构安全;对于弦支穹顶结构,杆件内力的动力放大系数与结构杆件类型、位置、环索初始预应力水平、节点约束等均有关,需通过试验研究或动力分析等方法来准确获得.     

新型环箍穹顶全张力结构局部断索抗连续倒塌性能分析

为了探究一种由周边环形张拉整体和中部索穹顶组成的新型环箍穹顶全张力结构局部断索的抗连续倒塌性能,在分析其静力及动力特性的基础上,利用自编向量式有限元程序建立了环箍穹顶索杆张力结构的数值模型.考虑结构初始状态,采用等效荷载卸载法分析得到了该结构不同类型拉索破断后剩余结构的动力响应,包括结构位形、节点位移及构件内力等.分析结果表明,利用向量式有限元法能够有效地进行结构局部断索后的动力响应分析;张拉整体单元的拉索破断主要影响所在单元附近的拉索,不会形成连续倒塌;索穹顶内部的拉索破断对周边张拉整体结构影响较小,新型环箍穹顶索杆张力结构具有较好的抗连续倒塌性能.     

考虑突发断索事故的车桥系统动力行为分析方法

为实现缆索体系桥梁在突发断索事故中的运营安全分析,考虑桥梁拉索突发破断事故全过程特征,提出一种考虑模态信息更新和时变步长的车桥耦合系统动力行为分析方法.通过细化断索过程的计算步长,考虑断索前后桥梁模态信息的时变特征,实现断索事件下车桥系统动力响应的精细化分析.基于所提出方法,依托斜拉桥算例并采用数值模拟分析了断索作用对车桥系统动力行为的影响.结果表明：单根拉索断裂可引起桥梁频率变化2.56%;单根拉索断裂引起的主梁断面动力响应增幅最高可达80%～140%;与断裂拉索横向对称位置拉索的索力动力放大效应最为显著,达到2.16;过桥车辆的车体竖向加速度幅值约为无断索时的10倍,是威胁过桥交通安全的主要因素.     

弦支穹顶索撑节点滑移性能试验

为精确研究弦支穹顶索撑节点对拉索的约束性能,以某在建的弦支穹顶钢屋盖为例,采用试验方法,对索撑节点的滑移性能进行了足尺模型试验,得到了该类节点的失效和破坏模式。提出了滑移力密度的概念,并用于描述此类节点的滑移性能,获得了拉索在节点中的实测静摩擦系数,并与有限元分析的结果进行对比。针对节点在张拉后对拉索约束力不足的缺点,提出了在节点凹槽内加肋的改进措施,并与未加肋节点的抗滑移性能进行了对比。试验与分析结果表明,密封套筒与插耳造成了约10%的预应力损失,施工中应进行超张拉以补偿这部分损失。原设计节点的破坏模式为拉索从节点中滑出,并伴随有外包PE的损坏,节点的最大实测滑移力为150 kN,滑移力密度为18.3 kN/mm,实测拉索与节点间静摩擦系数为0.24,与有限元分析数据吻合。加肋改进节点最大实测滑移力为240 kN,实测滑移力密度为26 kN/mm,滑移力密度提高了42%,较好地改善了节点对拉索的约束效果,提高了节点的抗滑移性能。     

断索对钢-混组合梁斜拉桥力学性能的影响

为研究拉索断裂对钢-混组合梁斜拉桥力学性能的影响,以某在建钢-混组合梁斜拉桥为工程背景,采用MIDAS/Civil建立有限元仿真模型,将该模型的各参数与设计值及现场实测值进行对比以验证有限元模型的合理性,分析不同位置、不同数量的拉索断裂后主梁线形、拉索索力及索塔位移的变化规律。研究结果表明：边跨断索对主梁挠度、索塔位移的影响大于主跨断索,主跨断索对拉索索力的影响大于边跨断索;长索断裂对主梁线形、拉索索力、索塔位移的影响均为最大;拉索沿主梁跨中对称断裂时,主梁线形、拉索索力、主塔位移表现出对称变化的规律,且两对索断裂时全桥索力符合叠加原理。     

钢管结构法兰连接节点抗弯承载性能的试验研究

研究了钢管结构法兰连接节点的抗弯承载性能.通过试验方法,采用螺栓应变测量装置,对含4种基本形式的法兰连接节点的试件进行四点弯加载试验,考察了在节点受弯过程中螺栓和法兰板的受力特性.试验得到了其屈服荷载与极限荷载,并且与相应的有限元分析结果吻合良好.试验结果表明,法兰连接节点的受拉区存在明显的撬力作用,刚性法兰连接节点的...     

某无背索部分斜拉桥斜拉索索力控制研究

无背索部分斜拉桥中的斜拉索不但是一种造型,更是改善桥梁线形和调节主梁受力分布的关键构件,在施工过程中其索力的施加顺序和大小都需按照一定的程序进行,这样才能保证成桥之前梁体内力分布合理、成桥后索力施加得充分且不超限.借助于有限元软件对某无背索斜拉桥的斜拉索受力状况进行研究分析,以得到斜拉索在实际工程中的受力状态和分布规律,并用环境随机振动频率法进行索力的测量,从而控制索力的精确张拉和调整.     

火灾作用下钢结构外伸式端板连接节点的热应力

为了研究钢结构在火灾中形成的热应力对节点受力性能的影响,以及热应力与总应力的比重关系,采用有限元软件ABAQUS对外伸式端板连接节点有限元模型进行温度场和热-力耦合模拟,得出热应力变形图和热-力耦合Mises应力云图,分析得出火灾中热应力占总应力的比重,以及火灾中钢节点跨中挠度的变化关系。结果表明:火灾作用下外伸式端板钢节点处热应力占总应力比重高达0.92以上,极大地削弱了结构在高温下的受力性能,此时钢节点破坏主因是热应力过大。火灾中框架的跨中挠度急剧增大,且在火灾持续到80 min时由于挠度过大而失效;常温模拟中钢梁却未发生失效,说明高温对钢结构受力极为不利。     

铝合金板式节点受弯承载力试验研究

从理论上提出了铝合金板式节点在面外弯矩作用下的抗弯承载力计算公式.进行了4个铝合金板式节点试件试验,其中3个试件只承受面外弯矩,一个试件同时承受面外弯矩和剪力,得到了板式节点的受力性能,归纳了板式节点在面外弯矩作用下和弯剪联合作用下的破坏模式主要为:杆件受弯破坏、节点板块状拉剪破坏和节点板的屈曲破坏.通过试验数据分析,得出了反应撬力对其极限承载力影响的折减系数k1的取值范围,并验证了承载力计算公式的准确性.针对4个板式节点试件的试验,采用ABAQUS有限元软件建立了有限元数值分析模型,分析了其极限承载力,补充和完善了试验研究.     

柱中柱(CIC)组合构件轴压力学性能数值分析

文章基于柱中柱(Column-in-Column, CIC)组合构件的轴压试验,利用ABAQUS软件建立了精细化有限元模型,通过对比试件的承载力、破坏形态和轴力-柱中纵向应变曲线验证数值模型的有效性。对两个典型试件进行全过程受力分析,得到各受力阶段钢管和混凝土的应力分布云图。研究表明：外柱外钢管的应力最大值位于局部屈曲破坏处,外柱混凝土呈全截面受压状态,内柱混凝土随着轴向加载发生弯曲破坏,混凝土从全截面受压逐渐转变为一侧受压和一侧受拉状态。利用验证后的有限元模型对CIC试件的轴压力学性能进行参数分析,当外柱外钢管径厚比从31增加到125时,试件的轴压承载力最大降低了71.6%,试件的承载力随钢材屈服强度和混凝土强度的增加而提高,随外柱长径比的增加而减小。最后基于试验和有限元结果,提出适用于CIC构件的轴压承载力计算公式。     

半平行钢丝束对称断丝理论模型

针对半平行钢丝束内部断丝问题,提出了一整套考虑接触挤压传递规律和钢丝间摩擦效应的对称断丝计算理论模型.并依据半平行钢丝束内钢丝的排列和截面收缩规律,得到了拉索内部任意位置钢丝的轴力系数,以及内部钢丝之间挤压力传递规则.采用迭代法计算断丝周圈摩阻力及断丝内力变化,并沿钢丝逐步积分计算了断丝轴力恢复长度.采用该对称断丝理论模型分析了断丝及周圈钢丝内力重分布规律以及不同断丝参数下断丝轴力恢复长度的变化规律.研究成果提供了一种半平行钢丝束断丝效应的研究新方法.     

基于裂纹扩展的锈蚀拉索疲劳寿命评估

将平行钢丝索视为一个多裂纹竞争的串-并联模型,通过点蚀不均匀系数确定锈蚀钢丝的初始裂纹尺寸. 基于疲劳裂纹扩展速率模型各参数的概率分布,采用疲劳失效全过程Monte-Carlo模拟法计算了不同断丝率下拉索的疲劳寿命,并通过试验数据对计算结果进行了验证. 结果表明：拉索断丝率随疲劳次数增加符合幂级数的增长规律,当拉索的断丝率达到10%之后,拉索的断丝率迅速增长而失去抵抗疲劳荷载的能力. 纤维束模型中串联钢丝单元划分越多,拉索的疲劳寿命越短,但这种趋势会随着钢丝单元数的增加而逐渐趋于稳定. 锈蚀拉索的疲劳寿命服从Weibull分布,点蚀效应缩短了钢丝裂纹萌生寿命,随锈蚀程度的增加,拉索疲劳寿命均值大幅下降,变异性减小,其抗疲劳性能快速劣化. 通过雨流计数法将随机荷载历程转化为疲劳荷载谱块的重复作用,基于钢丝的腐蚀发展规律计算了不同腐蚀程度拉索的疲劳寿命,建立了随机荷载作用下拉索腐蚀程度与疲劳寿命劣化之间的关系模型. 根据P-dc-N曲线可对锈蚀拉索服役期的疲劳可靠性进行评估,应用时需要准确掌握拉索钢丝的缺陷或腐蚀细节信息.     

增设斜撑的钢桁架-RC管柱结构受力性能研究

为研究斜撑对钢桁架-RC管柱结构受力性能的影响,通过模型结构拟动力试验、伪静力试验和有限元计算分析研究该类结构体系的抗震性能以及竖向荷载与风荷载作用下的基本受力性能,并与未带斜撑的空冷支架结构进行对比.结果表明:设置斜撑后,钢桁架-RC管柱结构的滞回耗能性能和承载能力均有了较大提高;管柱出现反弯点,底部弯矩减小,管柱裂缝开展范围得到有效限制,钢桁架与管柱连接节点部位破坏减轻;结构的侧移曲线在牛腿处明显分为两段,随着地震强度的增大,侧移由弯剪型趋于剪切型;结构在地震作用下的侧移角小于未带斜撑的结构,变形性能较好;竖向荷载下钢桁架平台悬挑端挠度及风荷载下结构侧移的减小幅度均大于50%.增设斜撑能够明显改善钢桁架-RC管柱结构的基本受力性能与抗震性能.     

平行钢绞线斜拉索索股接触效应与力学行为研究

为了探明平行钢绞线斜拉索内部的接触来源及其对斜拉索整体力学行为的影响,根据平行钢绞线斜拉索的构造特点与力学关系,分析索体内部3类接触效应的产生机理;通过理论分析得到索箍刚性耦合下的拉索振动方程,并对相关参数进行敏感性分析;对外套管和索箍多重耦合作用下的斜拉索自振特性进行有限元仿真分析,并基于相关研究结果进行试验验证.研...     

基于均匀设计的组合梁斜拉桥施工控制多参数敏感性分析

为确定影响钢混组合梁斜拉桥结构响应的主要因素及其影响程度,依托某在建钢-混组合梁斜拉桥进行参数敏感性分析。采用MIDAS/Civil建立有限元仿真模型,从试验设计和统计学角度出发引入均匀设计试验、多元线形回归分析并结合统计检验方法,以成桥状态下主梁线形、主塔位移、拉索索力为结构目标响应,选取主塔和主梁混凝土梁弹性模量、斜拉索弹性模量、拉索初张力、桥面板容重、桥面板钢束张拉控制应力等参数进行敏感性分析。结果表明：拉索初张力、桥面板容重和斜拉索弹模为成桥线形、成桥塔偏的敏感参数且拉索初张力的敏感程度远大于其他两个参数,成桥索力的敏感参数为拉索初张力、桥面板容重;引入的方法可准确的获取该桥成桥状态下结构响应的敏感性参数。     

采用PBL连接件的组合桁架节点受力性能

外接式钢-混凝土组合端节点是组合桁架结构受力的关键部位。通过对3个采用PBL连接件的外接式钢-混凝土组合桁架节点的单调静力试验,研究节点的极限承载力、失效模式和破坏机理。应用有限元软件ANSYS对试件进行全过程数值模拟分析。试验结果显示:节点的失效模式有混凝土开裂破坏、外露节点板局部屈曲、受拉腹杆处螺栓滑移及钢-混凝土连接部位应力集中。计算结果与试验结果吻合良好,PBL连接件具有较好的抗剪能力。通过增加节点板厚可有效提高节点承载能力。计算及试验结果可为该节点在工程实践中的应用提供理论依据和试验参考。     

层合板有限元法在钢丝网水泥平板中的应用

本文采用四结点20自由度的矩形板单元,对任意铺层层合板的弯曲-拉(压)耦合问题进行了有限元分析,计算出板的位移、内力、应力,应变和极限荷载.其计算程序适用性较广,也可用于各向同性板的弯曲-拉(压)耦合问题.对文献中的一些算例进行了计算,计算表明,对于非对称铺设的层合板,耦合作用不能忽略.对钢丝网水泥平板以及钢丝网水泥/玻璃钢复合的层合板除计算外,还进行了试验,二者结果较为一致.试验还表明,复合层合板的承载能力较之钢丝网水泥板的承载能力大为提高.     

考虑拉索抗力衰减及破断的斜拉桥可靠性分析

采用阶段临界强度分枝-约界法对一座斜拉桥模型进行了主要失效模式的搜索,分析了拉索抗力衰减及拉索破断情形下系统主要失效模式和系统可靠度的变化情况.结果表明:未出现断索情形时,结构系统主要失效模式间的相关性很高,但在有拉索破断后,主要失效模式间的相关性出现了明显分组特征;系统可靠度指标随着拉索抗力的衰减而逐渐降低,考虑拉索破断时,外索破断后剩余结构系统可靠度指标降低较多,得到了破断后对剩余结构系统可靠度影响最大的拉索位置,可为斜拉桥结构设计提供参考.     

纵撑对框架码头水平力分配系数的影响

针对内河框架码头排架间设置纵撑这一特点,采用ANSYS有限元软件,计算框架码头各工况水平力作用下的分配系数,发现框架码头在水平力作用下呈刚体性质,当作用力在边跨最底层时荷载最集中,可作为桩基受力验算的控制工况。在此基础上,定量分析有无纵撑以及纵撑材料(砼和钢)改变对分配系数的影响,得出设置纵撑能使受力排架分配系数减小15%以上,且混凝土纵撑比钢纵撑的作用提高10%以上。为了减小选用钢纵撑对结构受力的不利影响,本文以钢纵撑厚度和直径为研究对象,进行分配系数的敏感性分析,结果显示增大钢纵撑直径能有效地降低构件的受力集中程度。