茅草街大桥主桥的地震反应分析

以湖南茅草街大桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了该钢管混凝土系杆拱桥的三维有限元模型并对其进行模态分析,在此基础上运用反应谱法计算了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,探讨了主要结构参数对中承式钢管混凝土系杆拱桥地震响应的影响,可为大跨钢管混凝土拱桥的抗震设计提供理论参考。     

某刚架拱桥荷载试验研究

为评定某刚架拱桥的实际承载能力,确定桥梁的实际运营状况并为后期的维修加固提供科学的依据,对该桥进行了现场荷载试验。荷载试验前结合桥梁专业有限元软件计算了设计标准荷载下桥梁结构各测量值的大小,荷载试验过程中对结构的挠度、应变、自振特性、冲击系数等参数进行了测试,随后将实测结果与理论分析结果进行了对比。分析结果表明:桥跨梁体实测的挠度校验系数介于0.74~0.92之间,未超出规范中1.0的限值,表明桥梁结构刚度具有一定的富余度,结构刚度实际工作性能较好。试验跨动力测试的模态与理论模态吻合较好,说明桥梁结构的刚度满足使用要求。该桥在正常使用状态下的承载能力不能满足要求,建议对该桥进行承载能力加固处理。     

基于柔度指标的系杆拱桥损伤识别与寿命预测

提出了一种柔度曲率差变化率的损伤识别指标,通过试验验证指标的有效性,并应用于系杆拱桥算例损伤识别,进而预测其构件剩余寿命。利用系杆拱桥算例中吊杆、拱肋与横撑的多种损伤工况验证了新指标的有效性与抗噪性,基于所提损伤指标建立损伤评估函数并构造相应曲线,用于精确定量评估损伤程度,并采用损伤评估函数预测构件剩余寿命。结果表明,柔度曲率差变化率可有效用于系杆拱桥损伤评估且噪声鲁棒性好,运用结构不同阶段的有损模态信息构建损伤评估函数的方法可行、合理,所提寿命预测方法考虑了损伤非线性累积,意义明确。建议在使用该方法诊断下承式拱桥吊杆时,宜采用拱肋振型向量构建损伤指标,实桥试验时应将振型传感器置于拱肋处。     

火灾后钢筋混凝土板力学性能评估方法∗

钢筋混凝土楼板是火灾中最容易破坏的结构构件,需要对其火灾后的承载能力进行评估并加固。考虑升温阶段、降温阶段及火灾后阶段材料本构关系的不同,考虑高温下混凝土保护层的爆裂对温度场及力学性能的影响,提出了火灾后钢筋混凝土楼板力学性能分析的有限元计算模型。同时,针对典型的钢筋混凝土板加固方法,在前述有限元模型的基础上建立了火灾后加固的钢筋混凝土板有限元计算模型,利用该模型对典型的火灾后加固钢筋混凝土板的承载能力进行了计算分析。模型中采用单元生死技术实现了混凝土高温下的爆裂及火灾后加固的数值模拟,模型可用于火灾后及加固后钢筋混凝土板力学性能的评估。分析表明,经历火灾后,钢筋混凝土板的承载能力降低幅度较大,板存在明显残余挠度。加固后,钢筋混凝土板的承载能力得到较大程度的恢复。     

基于连续⁃非连续方法的正断层下盘开采断层滑移演化研究∗

在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的基础上,为了模拟时间较长的煤炭开采过程,提出了准静力计算模式;针对煤层离散单元形成的聚集体仍能承受超过自身承载能力的问题,发展了应力跌落方法;以济三煤矿6303工作面的地质条件为背景建立了更准确的力学模型,其中,在断层上盘下端面施加了适当的垂直向上的均布载荷,以克服前人力学模型中由于模型下端面位移被限制断层难以在此位置错动而造成的应力集中问题;通过剔除开采前的断层滑移量,提出了纯粹由采动引起的断层上盘滑移量的计算方法。结果表明:当工作面与断层的距离减少时,煤层下方测点的滑移量呈缓慢增加-缓慢减少-急剧增加的趋势,煤层上方测点的滑移量呈缓慢增加-迅速增加的趋势;同一岩层中测点的滑移量相差不大;高位岩层将先于低位岩层发生明显滑移,断层滑移基本是由上至下发展的,且高位岩层的滑移程度比低位岩层的大;当工作面与断层距离相同时,若开采间隔较小,则煤层上方测点的滑移量较小;当工作面与断层距离小于等于100 m时,采空区上方附近岩层发生明显滑移,应该加强支护。     

独柱墩梁桥倾覆破坏机理研究

系统研究了独柱墩梁桥在超载及偏载作用下箱梁发生倾覆破坏的机理,具体包括如下内容:(1)定义了箱梁发生倾覆前的两个关键状态,即一侧端支座脱空状态和倾覆稳定极限状态,并据此进一步定义了箱梁发生倾覆的3个阶段,即稳定阶段、过渡阶段和倾覆阶段;(2)以上虞春晖大桥为背景,建立了考虑接触非线性和几何非线性的ABAQUS有限元模型,确定了桥梁倒塌的两个关键状态所对应的荷载,并进一步研究了倾覆荷载与箱梁弹性模量、加载位置、桥长和支座与箱梁摩擦系数间的关系。研究结果表明:(1)有限元计算得到的倾覆极限荷载与春晖桥现场倒塌实测荷载吻合,表明春晖桥的倒塌源于箱梁首先倾覆,在倾覆过程中桥墩被推倒;(2)倾覆稳定极限状态可以作为判断桥梁是否倾覆的依据,比采用一侧端支座脱空状态判断更加准确,对应的倾覆极限荷载是转动极限荷载的1.5~2倍;(3)独柱墩梁桥的转动和倾覆极限荷载与箱梁的弹性模量、加载位置和桥长有关,而与支座与箱梁间的摩擦系数无关。     

大跨径钢管混凝土拱桥减震控制装置参数的研究

大跨度桥梁结构的减震控制研究对于桥梁结构的抗震安全具有重要意义。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,并采用子空间迭代法分析了该桥的动力特性。在此基础上进行了大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应及减震控制研究,重点进行了弹性连接装置和粘滞阻尼器减震效果的参数敏感性分析,并对比分析了不同位置布设减震装置时的效果。结果表明,纵飘振型对该桥肋纵向相对位移的贡献最大;弹性连接装置和阻尼器均能有效减小地震作用下该桥的肋梁纵向相对位移;综合考虑各关键部位的地震响应时,同时采用两类减震装置并将其分散布置时的减震效果最佳。结论可供大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥的抗震设计参考。     

爆炸荷载下钢箱梁桥动力响应机理与关键参数研究∗

为了探讨钢箱梁桥在爆炸荷载下的动力响应机理及关键参数对其影响规律,基于流固耦合方法,建立了钢箱梁桥、空气和炸药有限元模型,分析了爆炸荷载下钢箱梁桥动力响应机理。随后针对钢箱梁桥的关键参数,分析了各参数对钢箱梁桥的动力响应影响灵敏度,提出了钢箱梁桥在抗爆设计时参数选取规律。研究结果表明：在爆炸荷载作用下,钢箱梁桥的破坏主要分为三阶段。钢材性能由 Q345 提高为 907A 钢,钢箱梁桥的凹坑深度和塑性变形区面积减小了 33.91% 和 27.93%;截面形式和爆炸位置两个关键参数的改变涉及纵横隔板对主要迎爆区薄弱位置的加固,能够明显提高钢箱梁桥的抗爆能力。比例距离 0.1 m/kg^1/3 ,爆炸位置相同,约束形式由简支改为固支,对钢箱梁桥抗爆性能提升几乎无影响。     

基于现场测试的斜拉桥有限元模型修正

由于多年使用,桥的结构材料等都已经发生变化,因此在研究桥的当前工作状态时,必须依照现场测试结果,将初始模型修正为符合现阶段实际情况的有限元模型。本文以黄河胜利大桥为工程背景,根据设计资料建立了该桥初始有限元模型,用ANSYS通用软件开发了索力修正程序,该程序通过调整拉索的初始应变和附加质量块,使模型索力与设计索力之间误差在5%以内。计算发现,有限元模型中的施工顺序对成桥状态有着很大影响,应通过单元生死技术进行施工模拟。本文以各级加载工况下挠度、索力的变化情况作为控制目标,最终建立了能够反映加载工况下挠度变化、索力变化的黄河胜利大桥基准有限元模型,为今后监测桥的索力变化情况进而了解整座桥的工作状态奠定了基础。     

大跨度悬索管道桥的ANSYS有限元分析综述

综述了管道跨越结构的种类,针对悬索式管道跨越结构,介绍了其受力特点以及其计算分析理论的发展,同时介绍了如何利用大型通用软件ANSYS对大跨度悬索管道桥进行有限元建模,提出了建模的相关步骤以及一些注意事项。最后介绍了利用ANSYS对悬索管道桥进行有限元分析的方法和步骤,指出在进行风荷载作用下的相关计算时如何利用ANSYS的二次开发来完成计算分析。     

轻钢龙骨复合墙体抗剪承载力计算

轻钢龙骨复合墙体抗剪承载能力是轻钢龙骨体系建筑设计的关键参数。轻钢龙骨复合墙体由结构罩面板通过自攻螺钉与龙骨相连构成,其抗剪承载力与钢龙骨、结构板、自攻螺钉均有关系,影响因素较多,主要依赖试验确定,计算理论尚不成熟。本文借鉴木龙骨墙体抗剪承载力的确定方法,推导了轻钢龙骨复合墙体抗剪承载力的计算公式,并与试验结果进行了比较。结果表明,所推出的公式是合理可信的,可用于轻钢龙骨体系建筑中复合墙体的抗剪承载力计算。     

某大型混合结构中关键构件的力学行为研究

大型结构中关键构件的力学性能对整体结构的安全性影响重大,但其受力状态复杂,目前的试验条件尚难准确模拟复杂构件的边界条件。鉴于整体有限元模型可以近似模拟结构中构件真实的受力状态,利用单元耦合技术,提出了整体结构中关键构件的模拟计算方法,对某大空间竖向混合结构中的关键构件进行了精细模拟,通过整体计算分析了该结构中Y型混合柱、屋盖下弦节点在复杂受力状态下的力学行为,并以模型试验结果和一般数值计算方法验证了该方法的准确性。提出的方法可为复杂构件力学性能的研究提供参考。     

基于断裂力学和有限元的碾压混凝土坝劈头裂缝扩展的应力计算研究

混凝土坝的劈头裂缝属于断裂力学中描述的张开型(I型)裂缝。劈头裂缝应力计算中,强度因子KI和材料开裂韧度KIC是判断劈头裂缝扩展的关键参数。采用断裂力学的基本理论推导裂缝应力计算的基本公式,并借助有限元来确定强度因子和材料开裂韧度,对寒冷地区实际工程坝体裂缝进行计算,得出运行期4日型寒潮期和不同运行时段的温度裂缝长度和强度因子。通过对比发现,计算结果与大坝运行期不同工况裂缝的实际情况相符合,验证了方法的正确性。     

钢纤维全再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究∗

混凝土梁良好的抗弯性能是影响建筑结构安全性的重要因素。为研究加入钢纤维的全再生粗骨料钢筋混凝土梁抗弯力学性能,设计了 4 根全再生粗骨料混凝土梁和 1 根天然粗骨料混凝土梁,主要设计参数为全再生粗骨料取代率,钢纤维体积分数,预损程度以及碳纤维布(CFRP)加固。通过单调加载试验对 5 根梁的破坏形态、荷载- 跨中挠度曲线、钢筋应变变化特征等抗弯性能进行了研究,采用 ABAQUS 有限元软件对各试件的加载过程进行了建模分析,基于现有规范和试验数据对各试件的峰值承载力计算方法进行了研究。研究结果表明,各试件梁均发生典型受弯破坏,掺加纤维后梁的受压区混凝土破碎脱落范围减小;全再生粗骨料混凝土梁的抗弯承载能力较普通混凝土梁降低约 6%,掺加钢纤维后梁的抗弯承载力较未掺加钢纤维的全再生粗骨料混凝土梁提高约 5%,钢纤维的掺入亦可改善混凝土梁的变形能力;采用碳纤维布直接加固后的梁承载力提高约 20%,先预损后进行碳纤维布加固后的梁承载力可提高约 14%,碳纤维布还可显著提高试验梁的整体刚度;ABAQUS 有限元软件分析结果与试验结果吻合较好,可较为准确地模拟梁的破坏形态和抗弯性能;现有规范公式及文中修正方法得到的抗弯承载力计算值与试验值相比误差较小,二者均可用于钢纤维全再生粗骨料混凝土梁的设计。     

某渡槽拟动力试验的数值模拟分析

对某渡槽结构的拟动力试验模型进行了有限元分析,对比了数值计算和实验结果。首先简要介绍了某渡槽结构的拟动力试验,然后给出了数值模拟的计算模型,对不同类型的地震波在不同峰值条件下的墩身、桩体位移进行了比较,结果表明,有限元计算结果与拟动力试验结果的峰值和变化趋势比较接近,在一定程度上证明了该实验的合理性。     

高温后钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析北大核心CSCD

基于有限元软件ABAQUS建立了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的理论模型,其中再生混凝土的应力—应变关系考虑了再生混凝土骨料取代率和曾经历的最高温度的影响,计算了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的破坏形态、荷载—变形关系、承载力和组合弹性模量,计算结果与试验结果总体吻合较好。利用有限元模型对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷载—变形关系进行了全过程分析,揭示了受力过程中钢管与核心再生混凝土关键位置的应力—应变关系及它们之间相互作用应力的变化规律。研究结果可为有关钢管再生混凝土结构的工程实践和规程制定提供参考。     

高温后钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析

基于有限元软件ABAQUS建立了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的理论模型,其中再生混凝土的应力—应变关系考虑了再生混凝土骨料取代率和曾经历的最高温度的影响,计算了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的破坏形态、荷载—变形关系、承载力和组合弹性模量,计算结果与试验结果总体吻合较好。利用有限元模型对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷载—变形关系进行了全过程分析,揭示了受力过程中钢管与核心再生混凝土关键位置的应力—应变关系及它们之间相互作用应力的变化规律。研究结果可为有关钢管再生混凝土结构的工程实践和规程制定提供参考。     

建筑幕墙振动台试验框架设计方法研究*

建筑幕墙振动台试验中通常采用试验框架模拟承载幕墙的主体结构,幕墙试件的动力反应和变形依赖于试验框架。为满足幕墙试件的试验要求,基于有限元分析提出了一种试验框架设计方法。该方法首先根据幕墙试件的尺寸和试验预期的台面加速度及层间位移角,设计初始的试验框架模型;然后,建立初始试验框架和幕墙试件的整体有限元模型,由整体模型两个平面方向的基频构建系统瑞利阻尼矩阵,形成试验模型的等效计算模型;最后,通过有限元分析模拟振动台试验的加载,根据计算结果与试验预期指标调整确定试验框架的设计参数,直至满足试验要求。在此基础上,以一个玻璃-石材复合幕墙为例设计了相应的试验框架,进行了振动台试验。结果表明,幕墙试件的层间位移角和台面加速度指标均能满足试验要求,验证了试验框架设计方法的合理性。随着地震动输入幅值的增大,幕墙试件层间位移角呈现非线性增大现象。与此同时,试验过程中幕墙面板、连接件和支承构件均未发生损坏,满足工程抗震设计要求。     

塔段连接对多塔悬索桥中间钢桥塔极限承载力的影响∗

以泰州长江公路大桥为工程背景,通过有限元法研究塔段连接对多塔悬索桥中间钢桥塔极限承载力的影响。考虑中间钢桥塔的几何、材料非线性及塔段连接的接触非线性影响,采用ANSYS建立该桥局部塔段为板壳单元的多尺度有限元模型,计算并对比在两种典型加载方式下该模型与杆系有限元模型的钢桥塔极限承载力结果。研究表明:两种加载方式下,桥塔的破坏模式基本一致,表现为材料不连续的上塔柱节段局部形成塑形铰而使桥塔成为机构;多尺度有限元模型与杆系模型获得的荷载位移曲线基本一致,而多尺度模型的极限承载力稍高,且差异在2%以内,可认为塔段连接不是桥塔结构的薄弱点,其对其极限承载力的影响可以忽略。     

土-结构相互作用体系振动台试验数值模拟

运用土—结构动力相互作用有限元三维分析软件SASSI2000，对一个土—结构动力相互作用体系振动台模型试验进行了模拟计算。首先对振动台模型试验作了简单的介绍，进而详细介绍了试验的建模方法。对试验的两种地基条件、3条地震波输入、3个加速度峰值水平及两个输入方向的各种组合工况进行了计算，并将试验结果与计算结果进行了比较。结果表明：计算模型较好地模拟了相互作用体系在地震荷载下的反应性状，计算结果与试验结果吻合较好；同时表明，土一结构相互作用效应对结构地震反应有很大的影响。