大跨度预应力拱桁架结构整体稳定性能数值分析

空间结构的刚度随跨度增大而减弱,其整体稳定性成为结构设计的控制要素。实际结构由于存在施工安装误差、杆件偏差等,进行结构稳定性分析时需考虑初始几何缺陷的影响。基于实际工程,采用有限元软件Abaqus对某大跨度预应力拱桁架结构的整体稳定性能进行数值分析。通过对比引入特征屈曲模态缺陷和荷载作用下变形缺陷得到的结构整体稳定系数,研究两种缺陷引入方法对背景工程结构整体稳定性能的影响。数值分析结果表明：对称荷载作用下,以恒载变形作为初始几何缺陷计算所得的结构稳定安全系数较低;非对称荷载作用下,以第一阶屈曲模态一致缺陷为初始几何缺陷计算所得的结构稳定安全系数较低。基于此,对大跨度预应力拱桁架结构,可比较荷载作用下结构失稳状态和可能出现的结构变形形态,以两者一致性吻合度较高的形态作为初始几何缺陷进行引入,获得控制性的结构整体稳定性系数。     

平面钢管桁架拱平面外稳定承载力的参数分析

介绍了桁架拱的分类和失稳特点,对平面桁架拱的有限元模型进行了讨论.采用有限元软件ANSYS分析,对影响平面钢管桁架拱的稳定性的各项几何参数进行研究,几何参数包括结构的高跨比、矢跨比、腹杆与弦杆的比值以及侧向支撑.分别进行了特征屈曲分析和考虑初始缺陷的双重非线性分析,得到各几何参数对平面钢管桁架拱的面外稳定承载力的影响程度.找出对平面钢管桁架拱平面外稳定性起控制作用的参数,从而为一般荷载作用下的平面钢管桁架拱的稳定承载力的设计提供参考.     

钢管拱桁架的静力稳定性研究

利用大型有限元程序ANSYS对拱桁架进行了静力稳定性分析,同时考虑了初始缺陷、荷载作用范围及约束条件等因素对拱桁架静力稳定性能的影响.结果表明:拱桁架的失稳形态为整体失稳;初始缺陷对拱桁架的稳定承载力和失稳时的变形都影响显著;拱桁架在半跨荷载作用下的稳定临界承载力比满跨时略高,但变形却比满跨时大得多;约束绕x轴的转动和固定约束的作用基本相同,使结构的稳定承载力比只限制位移提高10.6%.     

平面钢管桁架面外失稳的节点刚度参数分析

平面外失稳是平面钢管桁架受压主管在荷载作用下的主要破坏形式之一。在稳定验算过程中,如果不考虑相贯节点转动刚度的影响,对于受压主管无支撑的平面桁架将得到一个不精确的面外稳定承载力。为了评估节点转动刚度各分量的影响,对平面钢管桁架建立带连接单元的杆系非线性有限元分析模型,并对有限元模型的稳定承载力进行了节点刚度参数分析。分析结果表明,节点面外转动刚度对于面外稳定承载力影响显著,而节点面内转动刚度及扭转刚度影响很小,对平面钢管桁架进行稳定分析时,必须考虑节点面外转动刚度的影响,才能得到较为精确的分析结果。     

某切边不规则凯威特单层球壳结构非线性屈曲分析

以某切边不规则凯威特单层球形网壳作为研究对象,研究由于开洞而造成的不规则、支承拱梁水平刚度和竖向刚度的变化、活载的非对称分布、初始几何缺陷、几何非线性以及材料弹塑性对网壳非线性屈曲性能的影响,并采用有限元软件ANSYS对此结构进行非线性的荷载-位移全过程分析。研究结果表明:与完整球壳相比,切边球壳的稳定性能大幅度下降;与水平刚度相比,拱梁的竖向刚度对稳定性的影响较大;按一致缺陷模态法得到的稳定承载力系数,往往不是最小;初始几何缺陷值取跨度的1/400较适宜;材料非线性对切边球壳稳定性的影响较大;活载的非对称分布对本结构的稳定性并无不利影响。     

考虑节点柔度的空心圆钢管桁架的简化分析模型

焊接圆钢管桁架在节点部位存在明显的局部柔度现象,在进行有限元分析时要精确模拟这种节点局部柔度就需要采用3D实体或壳单元模拟整个管桁架结构,这导致有限元分析的计算量大、效率低,不利于在工程设计中采用。为了简化计算过程,通常使用常规梁单元模拟钢管构件,并将管节点部位模拟成刚接形式。这种简化方法虽然提高了计算效率,但是却无法模拟出节点局部柔度导致的变形。为了解决这个问题,在常规梁单元模型基础上,在节点部位引入一个虚拟梁单元(Fictitious Beam Element,FBE)模拟节点的局部变形。虚拟梁单元的刚度可通过以往对管节点柔度研究所提出的参数公式进行等效。为了验证这种简化模型的准确性,对由T型管节点和Y型管节点组成的管桁架进行参数分析,共计算了12个管桁架模型,对这些管桁架模型分别采用3D有限元模型、常规刚接梁单元模型以及所提出的虚拟梁单元模型进行分析。研究结果表明:常规刚接梁单元模型会过低估计管桁架的变形,而采用虚拟梁单元模型则可以高精度地计算出管桁架的变形。     

单层倒悬链型柱面网壳的非线性稳定性研究

针对拱准线形式为悬链线的单层倒悬链型柱面网壳结构,首先对比分析了其常见的3种网格形式的稳定性能,确定了一种合理的网格布置形式,然后与单层圆柱面网壳的稳定性作了比较,最后进行了大规模的参数分析,较全面系统地研究了单层倒悬链型柱面网壳的静力稳定性,包括长宽比、矢宽比、杆件截面尺寸、初始几何缺陷和荷载不对称分布各参数对结构极限荷载的影响.研究表明:常见网格形式的单层倒悬链型柱面网壳,以斜杆I型的整体稳定性能最好,且相比单层圆柱面网壳,其刚度和极限承载力都得到了较大的提高;长宽比、矢宽比对单层倒悬链型柱面网壳极限承载力影响显著并具有良好的规律性,结构横向加劲肋间距应小于横向宽度;网壳极限承载力与截面等效刚度呈线性关系;初始几何缺陷对结构影响较显著,当缺陷达到波宽的1/300时,网壳极限荷载最大降低达57%;结构对不对称荷载作用不敏感.     

动力荷载作用下拱形立体桁架损伤及失效机理

研究拱形立体桁架在动力荷载作用下2种可能的失效机理:由于几何非线性起主要作用引起的动力失稳和由于塑性变形过度发展导致的强度破坏。考虑损伤累积效应以及几何初始缺陷等因素的影响,对某拱形立体桁架在简谐荷载以及地震荷载作用下,杆件屈服比率、结构最大节点位移、结构总应变能和结构塑性位移等响应进行分析,得到动力荷载作用下结构的倒塌破坏模式,求出相应的极限荷载。对拱形立体桁架在地震下的动力性能进行参数化分析。研究结果表明:考虑损伤累积效应时,拱形立体桁架破坏加速度降低2 2.3%~4 6.7%;考虑L/3 0 0初始几何缺陷时,破坏加速度降低2.8%~1 1.1%。     

基于多尺度模型的单层网壳非线性屈曲分析

为同时模拟细观节点的局部变形和宏观结构的整体稳定性,通过对全梁一致单元模型的屈曲分析得出力学响应集中的重点区域,对该区域进行精细化建模,采用壳单元离散,宏观结构采用梁单元离散。建立了基于多点约束法的多尺度模型,并对多尺度模型及全梁单元模型进行了模态分析、考虑初始缺陷的双重非线性屈曲分析。对比结果可知：基于多点约束法的多尺度模型不会改变结构的频率、周期等固有特性,但因刚度分布的改变会导致振型变化;多尺度模型的稳定临界荷载相比一致单元模型有不同程度的降低。研究表明：多尺度模型能较为精准地模拟出细观节点的受力和变形,更贴近于实际工程的同时,在宏观层面的分析上也不失可信度。     

单层组合网壳的双重非线性稳定问题

推导了梁元和三角形板壳元（ＤＫＴ元）在Ｕ．Ｌ．描述下的双重非线性切线刚度矩阵,对单层组合网壳结构进行了双重非线性稳定荷载－位移全过程跟踪分析,通过对增量形式虚功方程作线性化处理来减少计算量,采用施加线性弹簧法处理非正定切线刚度矩阵,用主,从节点考虑梁与板的耦合作用,分析了梁与板节点偏差的影响,并进行了实验对比研究。分析表明本文方法简便可行。     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内稳定性能

钢管混凝土抛物线空腹拱是在钢管混凝土桁架拱上取消斜腹杆的拱结构。采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性。其次,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,并基于ABAQUS软件的分析结果,采用考虑矢跨比的轴压稳定系数公式,发现该公式能预测有限元计算结果。再次,对跨中加载和半跨加载分别进行一阶线弹性分析,研究钢管混凝土抛物线空腹拱中压力和弯矩的变化规律,并分析不均匀轴力和不均匀弯矩对压弯设计公式的影响。最后,推导出空腹拱的全截面塑性弯矩公式,根据二分法原理利用Python语言求出全截面塑性弯矩的数值,并根据有限元的计算结果,提出压弯共同作用下钢管混凝土抛物线空腹拱的设计公式,使其能用于指导工程实践。     

丹东月亮岛大桥稳定性分析

丹东月亮岛大桥是宽跨比为1／22．44的下承式钢管混凝土系杆拱桥,采用单片桁架式X形拱肋,利用桥面板内张拉钢铰线作为拱的系杆,以实际工程为背景,通过空间有限元法对其稳定性进行了研究,结果表明：拱肋的最优内倾角度与横撑的刚度、型式和布置位置等因素有关,最终与拱的整体横向刚度有关;在满足行车净空的要求下K撑应该尽量靠近拱脚位置,其对拱桥的横向稳定性起到比较重要的作用。     

钢筋混凝土刚架拱桥荷载横向分布系数数值分析研究

为研究横向联系强弱对钢筋混凝土刚架拱桥整体受力性能的影响,利用空间有限元分析软件建立整体模型,分析了4种不同跨度的刚架拱桥,研究横向刚度对刚架拱桥荷载横向分布系数的影响规律,并与传统弹性支承连续梁法的计算值进行对比。结果表明,按弹性支承连续梁法计算的荷载横向分布系数普遍偏小;横向刚度直接关系到荷载横向分布的大小,传统的设计理论与桥梁结构实际的受力存在严重差距,在设计时应予以注意。     

大跨度斜拉拱组合桥极限承载能力分析

以一种新颖钢管混凝土拱桥斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,考虑钢管混凝土拱在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用统一理论中的钢管混凝土组合构件本构关系及高精度不分层梁单元,对在建的某斜拉钢管混凝土拱组合桥进行了在静力荷载作用下的极限承载力分析,并用钢管混凝土拱模型实验对分析程序及钢管混凝土组合构件建模方法进行了验证,同时分析了斜拉索及斜拉索的初索力对拱桥承载能力的影响.结果表明,斜拉钢管混凝土拱组合桥具有较高的稳定性和极限承载力,斜拉索能够较大提高拱桥的承载能力,斜拉索初张力对稳定承载能力的影响不大.     

周边缝拱坝应力的弹性有限条元分析

本文应用壳体理论和有限条元法解周边缝拱坝的坝体变位与应力，导得坝体条元的刚度矩阵及等效结线荷载，编制了计算机程序和计算实例。     

脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋动力性能的影响

为了解脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋动力性能的影响,基于完全脱粘假设选择合理连接单元,运用ANSYS软件建立了总溪河大桥桁架式主拱肋脱粘与完全粘结模型,分析了在全跨、双侧拱脚、单侧拱脚和跨中拱肋脱粘的情况下主拱肋的动力特性。计算结果表明,在全跨范围脱粘状态下,前五阶频率有较明显的下降,其中第三阶下降达27.37%;不同位置脱粘对面内弯曲频率的影响大于对面外弯曲频率的影响,但对一阶扭转频率影响不大;不同位置脱粘对各阶频率的影响是,双侧拱脚脱粘的影响大于单侧拱脚脱粘的影响,单侧拱脚脱粘的影响大于跨中拱肋脱粘的影响。     

钢管混凝土桁拱双重非线性有限元分析

提出钢管混凝土桁拱面内受力考虑材料与几何双重非线性的计算方法并编制了有限元程序 .有限元建模时采用空间梁单元 .材料非线性应用合成法钢管混凝土本构关系 .双重非线性采用混合法 ,应用该方法对一钢管混凝土桁拱的受力全过程进行分析 ,得出一些有益的结论 .     

公路组合桥面钢桁梁桥整体式节点计算对比

钢桁梁桥在进行全桥有限元计算时,节点的精确模拟与否直接影响计算结果的准确性.传统空间梁单元模型只能反映结构的整体受力,不能反映局部详细应力分布,然而局部应力分布也是桥梁设计的重要依据.为了对比分析空间梁单元模型与精细组合单元模型节点刚性对全桥整体变形和应力分布的影响,以跨径90 m、桥面宽18m公路简支钢桁梁桥为研究背景,分别采用Midas Civil与ABAQUS有限元软件建立三维梁单元模型与精细组合单元模型.采用不同恒载与车辆荷载工况进行加载,对比分析了梁单元模型与组合单元模型相应杆件的应力分布与相对差值;最后通过实桥原位实验证明了精细组合单元模型计算结果的有效性.研究表明,三维梁单元模型简单易行,可以快速给出钢桁梁桥整体计算结果,而精细组合单元模型能够准确考虑节点刚性对于钢桁梁桥整体变形的影响,并给出关注部位详细应力分布.     

考虑楼板组合作用的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究在楼板组合作用下钢管混凝土节点的抗震性能,本文按照1:2比例制作了两个不同梁柱线刚度比的带楼板钢管混凝土柱钢梁节点试件。试验利用MTS液压加载系统对节点梁端施加循环往复荷载进行拟静力试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析。通过试验与有限元模拟,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、强度退化和刚度退化等性能参数。结果表明：两个节点试件在楼板组合作用下,滞回曲线饱满,节点表现出良好的抗震性能;在轴压比不变的情况下,随着梁柱线刚度比的增加,节点的延性、强度和刚度均有所提高;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,为参数分析提供了依据。     

大跨度刚架系杆拱桥自振特性的模态分析

采用大型通用有限元程序ANSYS对一座两跨钢管混凝土刚架系杆拱桥建立了空间有限元计算模型,采用模态分析方法对桥跨结构的自振特性进行了分析,计算了桥梁前10阶的自振频率,得出了该桥成桥状态振动形态的基本特征.通过对主要设计参数的对比分析,得出了矢跨比及拱肋刚度对刚架系杆拱桥自振性能的影响规律,可为该类桥梁的设计、研究、健康监测和维护提供参考.