2种纤维弹塑性梁单元特性

首先对2种基于纤维截面的弹塑性梁单元,即沿单元长度积分的纤维弹塑性梁单元和基于子单元法建立的带长度的纤维塑性铰弹塑性梁单元的本构特征进行了分析,然后以地震作用下一桥梁工程为例,从静力和动力2个方面对比了这2种单元的主要非线性特性.结果表明:前者可以模拟受力过程中沿单元长度方向截面刚度的连续变化,后者则可以体现双线性特征;带长度的纤维塑性铰弹塑性梁单元是对纤维弹塑性梁单元的一种较好的近似,但在动力分析中,如果有未屈服构件的显著影响,则会出现相对略大的差异.     

三维梁单元的弹塑性切线刚度矩阵

采用非线性有限元理论,在Ｕ．Ｌ列式的坐标系下,无虑各向同性经材料,基于Ｖｏｎ－Ｍｉｓｉｓ屈服准则和Ｐｒａｎｄｔｌ－Ｒｅｎｓｓ增量理论,推导出三维梁单元的弹塑性切线刚度矩阵,考虑了位移的高阶项影响和材料的非线性影响,对空间梁单元的非线性有限元程序的编制有十分重要的意义。     

用分层Timoshenko梁单元分析RC斜拉桥的非线性地震响应

直接从材料的本构关系出发，用分层的Timoshenko梁单元模拟混凝土的弹塑性性能，对双塔单索面钢筋混凝土斜拉桥进行了考虑几何非线性和材料非线性的地震响应分析，编制了相应的弹塑性分析程序，并与通常弹塑性分析方法的结果进行了比较．结果表明：在设计烈度的地震荷裁作用下，大跨RC斜拉桥表现出明显的弹塑性性能，而由缆索的垂度、初张力及结构的大位移等引起的几何非线性影响较小；用分层的Timoshenko梁能较好地模拟在强震作用下钢筋混凝土斜拉桥的弹塑性性能．     

高速铁路桥梁圆端形墩地震反应数值分析

以高速铁路简支桥梁圆端型实体墩为工程背景,建立了2种有限元模型计算桥墩的弹塑性地震反应,一种是包括桥墩的杆系单元全桥体系模型,可以考虑列车荷载的影响;另一种是单墩实体模型,用以分析桥墩的地震响应;基于2种有限元模型和弯矩-曲率关系程序,分别计算了不同车速、墩高、地震作用组合和有车/无车等工况下桥墩的弹塑性地震响应.计算结果表明,随着地震强度的增加,桥墩的地震响应呈上升趋势,车速、墩高的增加对桥墩地震响应的影响不呈线性增长关系,地震频谱特性对桥墩地震反应影响较大;罕遇地震作用下墩底进入弹塑性状态,给出了适合低配筋率桥墩塑性铰区箍筋加密长度简化计算公式.     

基于纤维材料模型的无梁结构推覆分析

本文基于通用有限元程序ABAQUS的用户子材料接口,开发了适用于纤维梁单元的UMAT模型,采用纤维梁单元和UMAT模型对一个典型的8层无梁结构进行了静力弹塑性分析,研究了无梁结构的抗震性能,发现无梁结构在地震作用下楼板容易出现塑性铰,避免了典型框架结构中容易出现＂强梁弱柱＂的设计误区,在满足合理配筋要求的条件下,无梁结构的抗震性能可以满足规范的要求。     

大变形弹塑性梁的刚 柔耦合动力学特性

研究了大变形弹塑性梁的刚 柔耦合动力学特性.从弹塑性梁的非线性本构关系和非线性应变 位移关系出发,给出了曲率的精确表达式;基于绝对节点坐标法,用虚功原理建立了大变形弹塑性梁的动力学变分方程;用有限元法对梁进行离散,建立了大变形弹塑性梁的刚 柔耦合动力学方程.对重力作用下的柔性单摆进行数值仿真.结果表明,弹塑性梁的横向变形呈现平均值大和振幅衰减的特征,计算结果较基于小变形理论的一次近似模型稳定,适用于大变形问题.
     

不同拉压强度材料纯弯曲梁的弹塑性分析

按照塑性力学中纯弯曲梁的工程理论分析方法,将梁的材料本构关系简化成拉压屈服极限不同的理想弹塑性模型,对矩形截面梁的弹塑性全过程进行了分析,得到了梁的塑性极限弯矩Mp=1.75Me。     

柔性横系梁双柱墩的抗震行为分析

基于Pushover分析方法,探索柔性横系梁对双柱式桥墩抗震行为的影响.采用弹塑性纤维单元,建立单柱墩、盖梁双柱墩和柔性横系梁双柱墩模型并进行对比分析,研究横系梁刚度变化对桥墩破坏机理、墩顶位移能力、位移延性系数以及基础受力的影响.结果表明,随着横系梁刚度的增大,墩顶位移延性能力逐渐减小,位移延性系数逐渐增大,桥墩的承载能力逐渐增大,同时提供给基础水平推力能力增大.对于规则桥墩,柔性横系梁双柱墩的墩顶最大塑性位移比单柱墩略小,可按单柱墩位移延性能力计算公式计算其墩顶位移延性能力.     

FRP加固混凝土梁层间应力的弹塑性分析

基于FRP加固梁的平衡微分方程和变形协调条件,对粘胶层采用双线性模型来反映其非线性变形特性,建立了加固梁层间应力弹塑性求解方程,并给出了相应的边界条件。文章对一承受均布荷载作用下的加固梁进行了层间应力弹塑性分析,分析结果表明:粘胶层的非线性特性对层间应力的分布影响主要集中在塑性区域,而弹性解高估了层间应力。     

基于刚度矩阵的空间变截面梁简化问题

为研究机床的静刚度特性,需要得到其各部件的单元刚度矩阵.机床部件的结构往往是不规则的,因此需要将其等效简化为等截面梁单元,才能得到其单元刚度矩阵.该文对任意变截面梁等效简化为等截面梁单元的问题进行了研究,从建立梁单元的单元刚度矩阵的需要出发,推导出了完整的简化方法.为了验证该简化方法的有效性,利用有限元分析软件ABAQUS 6.51对一个力学模型进行了分析,同时用上述的简化方法对该力学模型进行了计算.将两者的计算结果进行对比,相对偏差小于5%,因此可证明该简化方法在变截面梁等效简化为等截面梁单元时的有效性.     

辅助墩对大跨斜拉桥在地震作用下的影响——以禹门口黄河公路大跨斜拉桥为例

斜拉桥属于高次超静定柔性结构,辅助墩的设置会改变其结构的受力和变形,对塔顶位移、塔根弯矩、主梁挠度和弯矩等均有一定的影响.为了研究辅助墩的设置数量对大跨度斜拉桥地震响应的具体影响规律,依托陕西禹门口黄河公路大桥工程,采用数值分析的方法,用有限元分析软件CSiBridge对该斜拉桥建立3种方案的有限元模型,即无辅助墩方案、一个辅助墩方案、两个辅助墩方案.在3种方案下利用动力反应谱分析法和时程分析法进行地震作用下的主塔及主梁关键截面内力及线形分析,得到在不同方案下的变化特点.综合两种方法分析结果,辅助墩的设置会增加该类桥型的塔底和主梁弯矩,但对主梁位移有所改善,可见辅助墩的设置对该类型桥梁地震响应的影响有利有弊.     

强震作用下斜拉桥纵桥向非线性地震反应分析

为研究斜拉桥在纵桥向强震作用下的抗震性能,对某具有一定代表性的中等跨度斜拉桥,通过线性能力需求比的确定,合理引入能考虑塑性发展的非线性弹塑性单元,研究纵桥向强震作用下桥梁各主要构件的塑性发展状况及其对全桥地震反应的影响.结果表明:在强地震动作用下,桥塔、墩等构件的塑性发展不但与地震波的特性还与地震波的强度相关;斜拉桥的桥塔存在先于辅助墩和边墩屈服的可能性;桥塔屈服将显著减小塔柱下部结构的地震需求.由此得到以下结论:在强震作用下,需考虑桥塔的非线性地震响应及其对桥梁整体抗震性能的影响;以目前的工程设计来看,在纵桥向强震作用下,桥塔、墩各截面仍有一定的塑性能力储备.     

高烈度地震区高墩大跨连续刚构桥的设计关键技术及创新

随着云南高速铁路建设的快速发展,跨越高山大河的高墩大跨桥梁逐渐增多,为解决高烈度地震区高墩大跨连续刚构桥设计存在的问题,本文以丽香铁路万拉木双线大桥为背景,详细介绍了桥梁方案的选择、主梁的设计和墩梁结合部构造。针对桥墩受到的巨大地震力,结合连续刚构桥的受力特点,对刚构墩的塑性铰区域进行了优化设计,不但可以有效抵抗地震作用,而且能够达到震后及时发现和修复损伤的目的,为震后救灾保障人民的生命和财产安全提供有力保障。 最后,通过高烈度地震区高墩大跨连续刚构桥的设计,总结了一些关键技术,为以后类似桥梁的设计提供参考。     

高墩塑性铰研究

为了研究高墩结构塑性铰的形成过程、长度,从墩身曲率分布模式入手,以一座连续刚构桥为研究对象,采用增量动力分析的方法,结合OpenSees分析软件,并从PEER数据库中选取15条地震波,完成了一系列非线性分析,得到了不同状态墩身曲率分布规律,据此总结了高墩塑性铰的形成规律、长度及其与地震波的关系．结果表明：地震作用下,高墩曲率分布模式与传统中低墩有差异,但塑性铰形成过程基本一致,且塑性铰的长度及位置与地震波频谱特性、地震强度均无关,仅与结构自身特性有关．     

单节段装配式桥墩抗震性能试验研究

与传统整体现浇桥墩相比,装配式桥墩具有工期短、环境影响小、施工质量高等优点.装配式钢筋混凝土桥墩的抗震性能是其设计时需要考虑的关键问题之一.试验设计了一组现浇式及两组装配式桥墩试件,采用拟静力试验方法从破坏形式、水平承载力、位移延性与累积耗能等方面研究其抗震性能.试验结果表明:与整体现浇式桥墩相比,装配式桥墩的水平承载力与前者接近,位移延性与累积耗能能力稍差,残余位移偏大;钢套筒连接装配式桥墩的位移延性与累积耗能能力优于金属波纹管连接装配式桥墩.     

钢筋混凝土连续梁结构非弹性内力分析

本文在试验研究的基础上分析了纲筋混凝土连续梁结构内力的非弹性特性,并指出目前国际上的两种极限设计法,即“部分极限设计法”和“完全极限设计法”所存在的问题。文中把纲筋混凝土连续梁内力发展的全过程归结为三个不同性质的阶段。第二个阶段,也即因裂矮而引起内力的非弹性重分布,是非弹性分析中的一个重要环节,可按建议的“虚梁法”进行简便计算,按照试验资料还分析了传统线弹性方法的误差。对完全非弹性分析所需的两个关键荷载——开裂荷载和塑性铰荷载的计算方法也进行了分析。     

公路梁桥高阻尼橡胶支座优化配置研究

减隔震设计是较为有效的抗震措施,高阻尼橡胶支座(HDR)亦因其较好的减隔震效果在公路梁桥中广泛应用。采用非线性时程分析法对软弱场地中配置不同减隔震支座的梁式桥进行地震响应分析,研究发现高阻尼橡胶支座的减隔震效果优于相同支承能力的板式橡胶支座。然而,无论是滑动式板式支座还是滑动式高阻尼橡胶支座均会导致相应桥墩处的支座位移过大,且各项地震响应与其他各墩差异较大,荷载在各墩间分配不均。通过改变边墩处高阻尼橡胶支座的刚度及类型,分析对比了支座的各项参数对桥梁结构地震响应的影响规律。研究发现全桥采用刚度相近的高阻尼橡胶支座时能够达到全桥各墩抗震性能的均衡、减小地震作用对桥梁结构及支座的破坏。     

钢筋混凝土双曲拱桥计算模型修正方法

分别用实体单元和梁杆单元建立双曲拱桥有限元模型(FEM),对其进行静动力的分析,并将得到的挠度、固有频率、振型等与现场实测结果进行比较.结果表明:梁杆单元模型的计算结果精度要略差于实体单元模型,但计算效率大大高于实体单元模型;对梁杆单元模型进行合理的模型修正,可以使其静动力特性更加符合实际,计算结果与实测结果的误差由原先的24.6%降低至8.33%以内.研究结果可为钢筋混凝土双曲拱桥的建模方法、模型修正和科学计算提供依据.     

桥梁振动激励模态测试的研究

振动激励应变法是桥梁检测研究的主要方法，检测获得的模态参数是判断桥梁运行状况的重要标志．本文采用自行开发的一套基于PC机的测试系统，对道路桥梁桥墩部分进行环境振动激励模态测试，记录了桥梁桥墩部分的动态过程．通过分析测试结果给出了轻轨铁路桥梁桥墩部分垂直方向上的前五阶对称振型和第三阶反对称振动的振型以及相应的固有频率，为了验证测试结果，文中对桥墩的模拟数据用二维有限元模型建模，用有限元软件ANSYS建立了该桥墩的二维有限元模型，并计算得到了桥的模态参数．试验表明，计算和测试结果吻合较好，从而验证了本文测试方法的可靠性．