组合梁几何非线性与长期效应的同步算法

首先根据建立的随转坐标系下考虑滑移组合梁单元平衡方程,结合初应变法得到组合梁收缩徐变等效节点力有限元列式.然后基于随转列式全量法,利用总体坐标系与随转坐标系下变量间转换矩阵,获得界面滑移平面组合梁单元收缩徐变与几何非线性同步考虑的实用算法.该方法的优点是可实现几何非线性与收缩徐变材料非线性算法上的分离,收缩徐变仅在随转坐标系下考虑,几何非线性通过转换矩阵考虑.最后,结合算例说明考虑滑移的组合梁几何非线性与收缩徐变之间存在着耦合作用.     

钢筋混凝土梁单元双非线性分析的共旋坐标法

针对已有的钢筋混凝土梁单元非线性分析模型采用较多的假定和近似从而导致计算量增大及计算精度下降的问题,基于共旋坐标法建立了考虑材料和几何非线性的任意截面钢筋混凝土梁的数值分析模型.首先利用虚功原理计算共旋坐标系下完全粘结钢筋混凝土梁考虑材料非线性的切线刚度矩阵,再通过结构坐标系与共旋坐标系下节点力之间及节点位移之间的总量关系及微分导出的增量关系,最终获得钢筋混凝土梁在结构坐标系中考虑几何与材料双重非线性的切线刚度矩阵．算例结果表明,本文算法可减少计算量、不累积误差、精度高.     

混凝土收缩徐变的长期效应对混合体系竖向变形差的影响

对于钢框架-钢筋混凝土核心筒混合体系,混凝土的收缩和徐变将直接影响混凝土筒体的缩短并通过连系梁影响钢柱的缩短,从而影响柱筒竖向变形差.本文采用由时间因子控制的.同时考虑施工过程及混凝土收缩徐变效应的位移法递推方程研究了上述问题.分析表明,混凝土收缩徐变的长期效应非常显著,湿度的减小将加剧这种影响.考虑截至结构主体施工完毕3年的混凝土收缩徐变时,结构顶部筒体的累积缩短值将超过钢柱的累积缩短值;钢柱轴力的增加一般超过10%;结构顶部楼层筒体的轴力将变为拉力;部分钢梁弯矩将发生反向.     

考虑大位移及混凝土徐变的斜拉桥非线性内力分析

本文运用非线性有限元的理论,提出一个计算斜拉桥的方法。在处理大位移问题时,作了小应变假定,并采用总拉格朗日坐标系。在处理混凝土徐变问题时,把它视为初应变,从而把大位移及徐变两种非线性因素包括一个统一的能量表达式中,导出了它们相互耦合项。通过极小势能原理及其一阶泰勒逼近,导出增量形式的平衡方程,最后用牛顿-拉夫森法解此增量方程。     

带预应力筋的平面梁几何非线性精细化分析

针对已有的平面梁单元几何非线性研究文献没有考虑预应力荷载及预应力筋对梁单元刚度贡献的问题,基于共旋坐标法和场一致性原则导出了带预应力筋的平面梁几何非线性分析算法,并进行了算例对比分析。研究结果表明:采用带预应力筋的平面梁非线性算法得到的计算结果与ANSYS程序基于三维单元得到的解吻合良好,且计算量显著减少;对曲线预应力筋及预应力荷载的非保守性等特点也很容易考虑;由于该算法中有限元分析格式与不考虑预应力筋梁单元完全一致,故很方便用于对已有桥梁几何非线性分析程序进行改造,该算法适用于预应力混凝土斜拉桥等大跨桥梁的几何非线性精细化分析。     

带铰平面梁元几何非线性有限元分析

针对梁端带铰的平面梁元几何非线性分析研究较少的情况,通过局部坐标系（随转坐标系）下的即时单元刚度矩阵,再基于结构坐标系与局部坐标系下杆端力及节点位移的总量关系及微分获得的增量关系,获得平面梁单元在大位移、小应变条件下的几何非线性单元切线刚度矩阵。研究结果表明：将局部坐标系下的刚度矩阵建立在即时构形的参数上,更能反映状态变量的变化,在此基础上根据带铰梁端弯矩为0的受力特征,导出了能考虑梁端带铰的单元切线刚度矩阵表达式;通过对带铰的算例进行几何非线性分析,验证了所提出的表达式具有较强的实用价值。     

大跨度公铁斜拉桥的几何非线性效应

考虑几何非线性效应,计算大跨度公铁斜拉桥承载能力和正常使用极限状态下的结构变形和内力. 采用分步迭代调索方法计算成桥索力,建立迭代修正Ernst公式,在索力计算和结构内力计算中考虑垂度效应, 研究拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应对斜拉桥极限状态时内力的影响. 研究结果表明,几何非线性对大跨度公铁斜拉桥的内力影响比较显著,线性计算结果与非线性计算结果相比偏不安全,在公铁斜拉桥结构设计中,必须计入几何非线性的影响. 各种非线性因素中斜拉索的垂度效应最为显著,其影响效应随外荷载的增大而变大.     

混凝土收缩徐变效应对含叠合梁段混合梁斜拉桥主梁受力行为的影响

以某双塔混合梁斜拉桥为工程背景,利用桥梁专业软件Midas/Civil建立了全桥三维有限元模型;对比分析了在成桥阶段混凝土收缩徐变作用对斜拉桥主梁内力行为的影响.分析结果表明:混凝土收缩徐变效应对叠合主梁弯矩的影响较大,使其发生了内力重分布,对正弯矩具有削峰作用,造成负弯矩值有较大的增加,对混凝土主梁影响较小;收缩徐变效应对主梁轴力及剪力的影响均较小;混凝土的收缩徐变效应对叠合梁的受力影响较大,使叠合梁中钢梁与混凝土桥面板之间应力发生重分布,靠近钢-混凝土结合段处的混凝土主梁应力改变较大,其余位置改变量不明显.     

大转动对称平面梁单元共旋列式研究

针对已有研究中共旋法非线性平面梁单元存在切线刚度矩阵不对称的问题,以合理选择平面梁单元共旋坐标系的原点及坐标轴方向入手开展研究。首先,将单元共旋坐标系原点设在梁单元左右节点坐标的平均值处,轴则始终为单元左节点指向右节点的连线方向,该坐标系随节点的刚体转动和平动而运动,在扣除单元刚体位移的基础上计算出单元节点坐标和位移;其次,基于结构坐标系与共旋坐标系下虚功相等的原理再结合几何一致性原则,建立平面梁单元在大转动、小应变条件下具有对称性的切线刚度矩阵和节点抗力算法,结合能将荷载增量法与位移增量法统一于一体的非线性方程组求解方法开发相应计算程序,并对梁端受弯矩的悬臂梁和William肘式框架算例进行计算和对比。研究结果表明：对于前一个算例,将梁等分成20个单元,采用荷载增量法,分成10级均匀加载,得到的数值解与解析解吻合良好,即使在悬臂梁弯曲为1个圆时,两者的差别不到0.000 1,完全可忽略不计;对于后一个算例,将框架每根杆件均匀划分成10个单元,在非线性方程组求解方法转换为位移增量法以后,不仅能顺利通过荷载-位移曲线的极值点,而且计算结果与William的试验结果基本一致。研究成果为平面...     

考虑索端刚臂的斜拉桥空间拉索非线性分析

为解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,在基于微分法导出考虑垂度效应的非线性空间杆元切线刚度矩阵的基础上,根据索端刚臂在受力后只有刚体运动而本身不变形的特点,将刚臂视为空间矢量,利用空间矢量有限转动公式及微分方法,导出了结构坐标系下刚臂两端的位移之间和杆端力之间的总量及增量关系.最终获得两端带任意刚臂的斜拉索空间杆元切线刚度矩阵表达式,编制了相应的斜拉桥几何非线性有限元计算程序,对经典桁架算例、带刚臂的三杆空间桁架和施工阶段的斜拉桥进行了空间几何非线性分析.计算结果表明:本文方法能解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,为斜拉桥进行几何非线性精细分析提供有力工具.     

自锚式斜拉-悬索协作体系桥非线性分析

阐述自锚式斜拉-悬索协作体系桥几何非线性特征,分析混凝土收缩徐变、主缆矢跨比和主梁拱度对协作体系的影响.应用线性理论、线性二阶理论和非线性理论对一座主跨800m的自锚式斜拉-悬索协作体系桥进行分析,得到主梁、主塔在活载作用下不同矢跨比和主梁拱度下的弯矩和位移.分析表明:主跨800m的自锚式斜拉-悬索协作体系桥可以采用较简单的线性二阶理论进行近似活载计算,其误差不超过6%;混凝土收缩徐变对结构受力影响较大;整体刚度优于悬索桥;主缆、主梁轴力和刚度随着矢跨比的增大而减小;主梁设置拱度可以提高体系整体刚度.     

大跨预应力混凝土箱梁桥收缩徐变效应

随着大跨预应力混凝土粱桥的迅速发展。桥梁收缩和徐变影响的分析和计算成为结构设计人员越来越关心的问题,因此徐变计算理论和方法得到了不断发展．综述了徐变的各种分析方法,采用积分退化核方法对大跨预应力混凝土连续刚构蟹进行了计算,得出了一些有意义的结论,可供桥梁设计参考．     

考虑收缩徐变的施工期大跨砼结构内力分析

针对施工期钢筋混凝土大跨结构的安全问题,结合工程实例,获取了考虑收缩徐变和未考虑收缩徐变时施工期内力和变形的时变规律。研究表明:当采用二层支模时,第二层梁的内力和变形在拆模阶段将发生突变,对结构造成不可忽略的影响。     

超千米级斜拉桥的恒载索力优化

把超千米级斜拉桥的索力优化问题归结为非线性隐式优化的数学模型,以系统最小弯压应变能为目标,根据合理成桥状态指定各种非线性约束条件,利用投影梯度法进行优化问题的求解,求解过程中充分考虑了各种几何非线性的影响。利用ANSYS工具建立了1400m的斜拉桥有限元模型,然后据此建立斜拉索索力优化的数学模型,进行优化计算。结果表明,优化前后索力的相对改变量并不大,但是结构内力状态却得到极大改善,塔梁恒载弯矩和主梁恒载挠度减小明显,主塔塔顶向岸侧有一定偏移量,对混凝土塔的长期受力更加有利。该文优化方法为以后类似超千米级斜拉桥的索力优化提供参考。     

索结构几何非线性分析的悬链线索单元法

基于索的基本假定和悬链线平衡方程,通过对沿索曲线均布荷载作用下的索段分析,得到了索端力和索的几何线形之间的对应关系;进一步通过索单元的柔性迭代分析,获得了内力改变和位移增量之间的关系,进而得到索单元的刚度矩阵和节点力,从而建立起了空间悬链线索单元的几何非线性有限元分析方法.经典算例结果证明了空间悬链线索单元的正确性,同时具有较高的精度,可为大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等几何非线性较强的结构精确分析提供强有力的计算工具.     

斜交空心板连续梁桥拼宽结构收缩徐变分析

以某斜交空心板连续梁桥为工程背景,进行实桥拼宽后的应变和位移监测以及非线性有限元分析,研究混凝土收缩徐变对斜交空心板梁桥拼宽结构受力性能的影响.研究结果表明:利用ABAQUS计算得到的收缩徐变对斜交空心板梁桥的结构受力性能的影响,与实测结果较为吻合;斜交空心板拼宽桥梁中,新桥收缩徐变会导致中跨跨中梁底纵横向应变显著增加,收缩徐变对拼宽斜交桥位移的影响,以横向位移最大,纵向位移次之,竖向位移最小.