空间折索单元的切线刚度矩阵

预应力空间网格结构是一种新型的结构形式 ,对该结构进行非线性分析计算时 ,需要采用空间索单元的切线刚度矩阵 .通过对于预应力索单元的分析研究 ,推导了具有初始应力的空间折索单元的单元切线刚度矩阵的计算公式 ,并且建立了可用于预应力空间网格结构非线性有限元分析的非线性方程组 .所推导的公式均具有良好的规律性 ,非常便于计算机进行分析处理     

悬索结构平衡及振动非线性有限元分析

采用五节点索单元,提出了悬索结构平衡及自由振动非线性分析的一种新的有限元方法,将索元变形后的位置用修正的ａｇｒａｎｇｉａｎ坐标的四次多项式来表示,并在索元变形后的位置上由虚功原理建立了非线性有际元基本方程,所的非线性有限元分析方法可充分考虑拉索的几何非线性特性的影响,并给悬索结构的线形结构的找形及振动分析带来方便,此外,对单索结构的平衡及自振特性进行了计算分析。     

空间悬链线索单元的非线性有限元分析

根据弹性悬链线的理论解析解推导出适用于索结构有限元分析的空间悬链线单元,得到了两节点索单元的切线刚度矩阵和索端张力的精确表达式。采用索单元等效节点荷载的全量算法,通过Newdon-rapson双重迭代法实现非线性问题的求解。所提出的基于空间悬链线单元的半解析非线性有限元分析方法可充分考虑几何非线性的影响,实现对任意方向空间荷载下索的初始位形和内力分析。算例表明,该计算方法精确有效。     

几何非线性因素耦合作用下悬索管桥索结构的应力分布

针对悬索管桥索结构体系的几何非线性行为,进行了耦合作用下索单元刚度矩阵的分析。在此基础上以某黄河悬索管桥为原型,建立了悬索管桥有限元仿真模型。通过找形计算确定了索结构的初始位置。并在正常运营的工况下对该管桥采取非线性有限元分析,得到主索、风索、下稳定索、吊索及系索五种索结构的应力分布规律;同时利用工程检测数据验证了所用理论、所建模型和模拟结果的正确性。研究结果表明:在正常运营的工况下,悬索管桥各个索的应力值都远小于其标准破坏强度1 570 MPa;主索、风索、下稳定索的轴向应力沿桥中心呈对称分布;吊索体系、系索体系的各对索的应力以各自的第27对索为中心,也呈对称分布;应力最大的系索不是第27对系索,而是其两侧附近的系索。     

基于ANSYS的大跨度斜拉桥非线性成桥索力优化研究

将有限元计算与优化设计分析相结合,在索力变化对结构响应和目标函数敏感性分析的基础上,综合考虑结构内力、线形控制条件,提出一种全过程计入结构几何非线性影响的大跨斜拉桥合理成桥索力优化方法,采用一阶分析法对成桥索力进行迭代优化.基于ANSYS的优化分析模块,对一大跨斜拉桥成桥索力进行了计算,验证了方法的正确性和有效性.     

大跨度部分斜拉桥最大单悬臂阶段几何非线性影响分析

针对部分斜拉桥的几何非线性因素对桥梁结构的影响进行分析研究.首先介绍了斜拉桥几何非线性分析的基本理论,并以长山大桥为例,用MIDAS软件建立有限元计算模型,考虑斜拉索垂度效应、P-delta效应、大变形效应等因素对该桥进行受力分析.结果表明,几何非线性对结构变形产生较大影响,在施工时应加以重视.     

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.     

基于双控法弦支穹顶伺服施工过程非线性分析

基于结构几何非线性有限元法,推导了弦支穹顶结构施工过程的非线性有限元分析格式,同时针对索撑节点摩阻力对结构的真实影响,分析了索撑节点摩阻力对结构非线性刚度矩阵形成的修正算法,进而提出了可考虑索撑节点摩阻力的基于对外形和索力双控的伺服施工过程方法,并编制了相应算法.该算法可实现对施工过程的外形和预拉力的双重控制,且施工成形终态可最大精度地获取设计态所需的结构位形和索力.实例分析结果验证了该方法的可行性和精度.该方法对于采用张拉环索法施工的弦支穹顶结构具有一定的普适性.     

内压环索承网格结构张拉完成态稳定性分析及支撑方案优选

为研究新型内压环索承网格结构在施工过程中的稳定性,以上海浦东足球场的内压环索承网格屋盖结构为研究对象,在ANSYS软件中建立结构有限元模型,对不同支撑方案下的结构进行了特征值屈曲分析和非线性稳定分析.结果 表明,内压环索承网格结构未设置柱间支撑时,1阶屈曲特征值仅为0.001.柱间支撑可有效提高结构张拉完成态的稳定性.减少合龙段数量可提高结构稳定性,但会导致成形精度下降.采用包含结构柱间支撑、临时柱间支撑、外圈斜撑和屋面钢拉杆并考虑几何非线性和材料非线性的支撑方案时,结构安全系数为2.5;在此基础上增设合龙段交叉支撑,可将结构安全系数提高至3.0;这2种支撑方案均能够满足相关规范的要求.     

考虑双重非线性的索-拱结构力学性能

应用有限元方法对桥梁工程中的索-拱结构及普通拱结构的静力性能进行对比研究。其方法是:对比研究索-拱与普通拱结构自重作用下的内力分布情况;通过对比索拱与普通拱主要控制截面的影响线研究2种结构在活载作用下的不同力学性能;结合牛顿-拉弗森法和弧长法,分别对索-拱与普通拱结构在考虑几何非线性及同时考虑几何与材料双重非线性情形的极限承载能力进行数值分析。研究结果表明,索可以非常明显地提高和改善纯拱结构的静力学性能;索-拱结构的静力学性能比普通拱结构的优。     

缆拱桥的结构形式和性能

提出了一种桥梁结构体系——缆拱桥,其结构的主要特征是缆索两端锚固于拱脚或其附近,荷载由拱肋与缆索共同承担.拱既是承重构件,又起到锚碇作用;缆既是承重构件,又起到系杆作用.给出了缆拱桥的具体结构形式,并对其结构强度、刚度、稳定特性及动力特性进行有限元分析.结果表明:与相同跨度及截面的系杆拱桥相比,缆拱桥的稳定承载力及强度承载力大幅提高,刚度略有下降.此外,缆拱桥造型美观,更容易做到力与美的统一,且其较高的稳定承载力和强度承载力为拱结构跨度提升提供了新的有效途径.     

单层平面索网幕墙结构非线性分析

针对单层平面索网幕墙结构静力分析的特点,提出了二节点直线杆单元有限元模型。建立了非线性有限元基本方程,利用Newton-Raphson法进行计算,编写了相应的有限元程序。结合实例对索网结构的位移和应力进行了计算分析,并与ANSYS软件计算结果进行了对比,二者吻合较好。分析结果表明此单元模型有较好的精度,能适用于单层平面索网幕墙结构的非线性分析。     

张弦桁架结构拉索设计预应力影响因素研究

提出预应力态张弦桁架结构计算模型,采用有限元分析技术建立了拉索设计预应力计算公式,以哈尔滨国际体育会展中心屋盖张弦桁架结构型式为背景建立算例结构模型,研究了拱桁架上下弦杆截面积比对拉索设计预应力、结构特征杆件内力和结构变形的影响,以及张弦桁架结构矢跨比所产生的影响．文章的研究方法和成果可为今后此类大型张弦桁架结构的设计...     

索-拱结构面内稳定性研究

应用有限元方法对索拱结构的面内特征值屈曲及考虑几何非线性影响的非线性屈曲的平面内稳定问题进行了研究.程序中使用牛顿拉弗森法和弧长法对荷载位移平衡路线进行跟踪,研究了索对结构的极限荷载和平衡路径的影响.考虑了索与水平面夹角、索的根数及不同荷载作用方式、不同边界条件下索-拱结构稳定性能及变形性能的影响.结果表明:索可以非常有效地控制拱结构的失稳模态和破坏形式,提高其极限承载能力,影响破坏过程及后屈曲平衡路线,有效地克服了拱结构在半跨荷载作用下变形大、承载力低的缺点.     

索力调整中影响矩阵在MIDAS/CIVIL中的实现

本文以一座提篮式系杆拱桥为工程背景研究索力调整中影响矩阵在桥梁专业软件中的实现方法。采用桥梁专用有限元软件MIDAS/CIVIL建立全桥空间模型,模型中索单元用桁架单元模拟,详细列出了索力调整中影响矩阵求解过程。该方法快捷、方便,并且满足精度要求,对实际工程中的索力调整具有现实指导意义。     

基于ANSYS有限元分析法的FAST主索网结构参数化研究

提出一种基于ANSYS有限元分析法的FAST主索网索网结构参数化设计方法,通过ANSYS有限元分析软件对FAST主索网结构进行参数化设计,利用参数化变量对有限元模型进行构建,为使用者提供有限元研究过程,将设定的函数、变量作为软件的输入,选用五轴对称短程线分型方法,主索网结构的网格分割方案包括四边形网格、凯威特网格以及短程线型网格。实验结果表明,短程线型方案最适合FAST主索网结构,侧偏量相对抛物面的可移动距离是无法忽略的,对主索网界面、风荷载与温度荷载进行计算,各项设计参数均符合FAST主索网结构设计要求。     

扇形弓弦预应力组合结构力学性能影响参数分析

阐述扇形弓弦预应力组合结构的概念,介绍该结构的特点和受力机理;运用有限元软件ANSYS对弓弦结构进行静力计算,分析矢跨比、垂跨比、弓梁截面惯性矩和腹杆数目对扇形弓弦预应力组合结构受力性能和变形的影响,得出了这些参数对扇形弓弦预应力组合结构的影响关系.     

大跨度悬索自振参数的精确单元计算方法

大跨度悬索的自振参数的确定是研究悬索结构振动的基本条件,其振动有非线性特征,而且还存在明显的面内和面外的振动,振动过程复杂。大跨度悬索自振参数的确定无论是从实际测量还是理论计算,都有一定的难度,在理论计算上目前只能用非线性微分方程方法来求得近似解,然而其求解过程却异常复杂。本文主要从悬索单元的平衡关系出发,以悬索微元为基本研究对象,推导出精确索单元的自由振动特征方程,用线性单元及非线性单元对悬索单元进行模拟,得到相应的刚度矩阵及质量矩阵,计算得悬索的面内自振参数。通过矮寨悬索桥的工程实例将其计算结果与有限元软件计算结果和实测值进行对比,验证了本计算方法的准确性,得出了线性单元模拟计算简单,精确度较差和悬链线模拟计算与有限元计算较接近,与实测值误差也较小的结论。     

充气结构非线性分析及内力计算

以非线性有限元法为基础 ,提出充气薄膜结构有限元分析的基本方程及解法 .用最小二乘法解充气结构在初始内压力作用下的预应力分布 ,并对外力作用下膜结构内力进行分析 .