实体退化板-壳组合单元法及钢-混结合梁桥施工过程力学分析

在实体退化等参单元的基础上,引入板壳理论的基本假定,构造了三维8～20节点实体退化板壳组合单元。由于同一个单元包含了不同的板壳组件,不同的板壳组件又可以由不同的材料组成,同一个板壳组件又可以分为若干个不同的材料分段(允许材料为空,相应的材料参数置零),单元刚度矩阵需要通过对不同的材料分区分块积分后叠加组合而成。板壳组件的应力应变由整体笛卡儿坐标系下单元的应力应变经过坐标转换后求出。桃河特大桥的施工过程及成桥静动载的理论分析结果与实测结果表明,该方法不仅可以减少组合结构桥梁的单元剖分数量,提高计算效率,并且精度完全能够满足控制要求,具有良好的工程应用前景。     

机车车体典型焊接接头应力分析

为解决近年来在采用壳单元的重载机车车体结构强度分析中,牵引梁与中梁过渡区域焊接接头的理论分析结果与试验结果存在较大差异这一问题,提出将车体主体结构离散为壳单元,分别采用壳单元和实体单元离散牵引梁与中梁的过渡区域。基于机车的运用工况,确定车体在纵向压缩和拉伸载荷作用下的理论应力分布并与试验结果进行对比,研究壳单元和实体单元对典型焊接接头应力分布的影响,并对该区域的局部结构进行优化。分析结果表明:在典型焊接接头区域,实体单元比壳单元具有更高的计算精度,且与试验结果吻合度较高;采用实体单元能更准确地模拟存在较高应力集中效应的焊接接头的应力分布。     

铁道车辆板梁结构多方案对比分析

为合理处理铁道车辆车体上的板梁组合结构,解决车体结构分析中典型的板梁偏心连接问题,构建了偏心节点的节点位移关系式,利用APDL语言实现了批量约束方程的施加;并根据ANSYS软件中梁单元、板单元、实体单元的基本特征构造了5种板梁组合结构模型,对它们进行了有限元分析及对比.研究结果表明:对于同一典型的板梁结构,用板梁偏心组合建模(单点约束)方案得到的模型与用实体建模方案得到的模型有限元分析结果比较接近,用全板壳建模的两种方案均相对实体单元模型约束稍强,而用板梁偏心组合建模(双点约束)方案得到的模型则约束过强;同时采用板梁组合建模的模型单元数和节点数相对较少,可以节省计算机时,降低计算费用.     

双线铁路箱梁施工阶段跨中截面应力的有限元分析

在双线高速铁路建设中，广泛采用整体箱型梁结构形式。本文采用弹性力学有限元方法。建立了8节点六面体等参数单元的三维应力分析有限元模型。结合双线铁路预应力混凝土简支箱梁的施工，利用SAP90通用结构有限元分析程序，建立了整体箱梁三维实体单元模型，通过梁单元施加预应力荷载效应。箱梁采用后张法施工工艺，分别以预应力初张拉阶段、预应力终张拉完成、二期恒载作用为分析荷载工况，计算了箱梁跨中截面应力，给出在施工过程中箱梁跨中截面的应力随预应力张拉的变化及分布情况。通过有限元分析结果与铁路桥涵设计规范的比较得出，该箱梁结构设计合理，施工方案可行。本文所采用的分析方法和结论对于双线铁路箱粱的设计与施工有一定的借鉴意义。     

不同FE建模方法对疲劳强度分析结果影响的对比研究

为了提高工程结构强度分析的效率,基于ANSYS和Hyper Mesh平台建立了某型号机车焊接构架的全实体单元模型和体—壳混合单元模型,并对这2种建模方法的建模时间、分析周期及疲劳强度的计算精度进行了对比分析。针对体—壳混合单元组合建模中存在的体、壳单元连接处自由度不匹配的问题,在接口引入了RBE2刚性连接单元来提高计算精度。研究表明:全实体单元建模方法在工作量、分析周期以及有限元模型的规模等方面,都数倍于体—壳混合单元组合建模方法;采用合理的体、壳单元连接措施后,其疲劳强度分析计算精度的相对误差能控制在10%的范围内,对提高工程结构强度分析效率具有良好的应用价值。     

天津地铁盾构隧道施工地层及结构变形特性分析

基于土压平衡盾构隧道关键施工要素分析,提出1种可进行渗流—应力耦合分析的精细化数值模拟方法。依托天津地铁6号线天托站—一中心医院站区间盾构隧道工程,模拟分析关键施工参数对地层及结构变形的影响规律,并通过实测数据验证模拟结果的合理性。结果表明:通过向盾壳单元施加恒定节点速度模拟盾壳—土体摩擦作用,能够反映盾壳—土体界面的真实剪应力状态,避免盾壳姿态发生倾斜引起附加土体位移;通过向等代层单元施加单元流量边界(流入)模拟同步注浆过程,能够反映浆液引起地层孔压边界的改变;开挖面支护压力的增大可一定程度减小地层沉降和管片环椭圆化变形;盾壳—土体摩擦力的增大将显著增大刀盘前方地层的隆起、盾尾后方地层的沉降、地层沿隧道轴向和横向的水平位移以及管片环椭圆化变形;同步注浆量的增大可有效减小地层沉降、地层沿隧道轴向的水平位移以及管片环椭圆化变形。现场实测数据与数值模拟结果具有很好的一致性,验证了数值模拟方法的合理性。     

单元板式无砟轨道结构轨道板温度翘曲变形研究

根据单元板式无砟轨道不同施工工艺和结构受力特点,采用弹性点支承梁模拟钢轨,用实体单元模拟无砟轨道各结构层;砂浆填充层采用灌注袋法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按接触单元处理;砂浆填充层采用模筑法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按黏结方法处理;建立相应有限元模型,进行轨道板温度翘曲变形研究。结果表明:砂浆填充层采用灌注砂浆袋法施工时,轨道板在温度梯度荷载作用下产生的翘曲变形大于模筑法施工;采用模筑法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈线性关系;而采用灌注砂浆袋法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈非线性关系,温差越大,轨道板翘曲变形的变化幅度越大。有限元模型计算的结果与环形铁道轨道板的翘曲变形实测结果基本吻合,验证了模型的合理性和可靠性。     

钢-混凝土混合结构在大跨度连续刚构桥中的应用

重庆石板坡公路长江大桥采用填充混凝土后板式钢—混凝土接头。在轴力、弯矩和剪力的作用下,钢—混凝土接头处将产生轴向压应力、拉应力和剪应力。压应力由承压板及PBL剪力键共同传递,拉应力、剪应力主要由PBL剪力键传递。计算得到钢—混凝土接头的最不利荷载组合内力。在钢—混凝土接头附近截取18m长的1个梁段,将混凝土与贯穿钢筋进行耦合、贯穿钢筋与PBL板进行耦合,采用实体单元、板单元和梁单元,建立钢—混凝土接头有限元模型,利用有限元软件ANSYS进行仿真分析,得到钢—混凝土接头各部分的应力分布。结果表明:结构各构件在设计荷载下并未出现超出材料强度的应力峰值;剪力主要靠腹板上的PBL剪力键传递;有效的预应力体系是钢—混凝土接头可靠性的根本保证。     

高速铁路客运专线预制梁场规划建设及施工管理综述

就目前国内高速铁路客运专线预制梁场的规划建设及施工管理,结合郑西客运专线及石武客运专线项目进行了分析综述,着重阐述梁场各组成单元的规划建设、移运梁方法、设备组合和施工管理的特点。     

梁拱组合拱桥拱脚局部应力分析和试验研究

某外倾式梁拱组合拱桥的拱、梁连接处原设计采用高强螺栓连接,由于某些原因在施工过程中变更为焊接连接。由于该拱脚连接部分受力复杂,且焊缝连接对结构受力以及运营维护提出了更高要求。为了解拱梁连接处应力分布,并为后期桥梁的运营维护提供理论依据,采用有限元建立该桥拱脚连接处的精细化有限元,并以实际施工过程中的监测结果进行验证,研究结果表明：采用板壳单元的精细化有限元拱脚模型能有效模拟拱脚局部应力分布特征,研究分析结果将为后期运营维护提供重要的参考。     

体-壳混合单元与实体单元在构架强度计算中的对比分析

采用体单元与体-壳混合单元分别对某型地铁车辆构架进行数值模拟,模拟计算中针对体单元与壳单元自由度不同的问题,使用多点约束法(MPC)在体壳单元接触面建立连接。计算结果表明,两者的位移与应力分布情况一致,体-壳混合单元与实体单元位移值大小相同,但最大应力强度值小于实体单元,最大相对误差为8.3%,处于精度允许范围内,两者均满足构架静强度要求。     

福州某软土地区深基坑开挖对周围建筑物影响的三维有限元分析

运用ABAQUS软件和二次开发的非线性弹性邓肯-张模型按照三维实体单元、壳单元、梁单元考虑接触相互作用的耦合有限元法,建立福州一典型软土基坑工程整体三维有限元分析模型,采用室内K0固结试样的邓肯-张参数,按总应力分析法对基坑开挖施工过程进行了数值模拟,研究结果表明:基坑的空间效应明显,较之规范建议"m"法,与现场实测值吻合良好。在此基础上,将基坑开挖施工可能影响到的周边建(构)筑物体现于模型中,则可较好地揭示基坑开挖可能对其造成的影响,为保护周边建(构)筑物的支护方案设计提供理论依据。     

矿用自卸车车架振动疲劳寿命分析

为预测某矿用三轴重型自卸车车架的疲劳寿命,在Hypermesh中综合运用壳单元,实体单元,梁单元,焊接单元,刚、柔性连接单元等多种单元建立完整车架有限元模型,分析强度之后对其进行频响分析,得到车架载荷输入与结构应力之间的传递函数;在Nastran中生成车架MNF中性文件,在ADAMS/CAR中建立整车刚柔耦合模型,得到相应的载荷时程曲线,将其进行快速傅里叶变换结合频响分析结果,准确地预估车架疲劳寿命。     

吴忠黄河大桥施工阶段计算研究

采用有限元分析软件ALGOR实体单元对吴忠黄河大桥悬臂施工过程各阶段进行全过程仿真分析,并将监测截面上各测点的理论计算结果与采用光纤应变传感器实测的结果进行对比分析,针对箱梁设计理论提出了一些改进建议和意见。     

大跨度斜拉桥索梁锚固区三维有限元仿真分析

采用不同建模方法,对大跨度斜拉桥索梁锚固结构—钢锚箱进行三维非线性有限元仿真分析,并将计算结果与钢锚箱静载模型试验结果相比较。结果表明,实体单元加接触单元法计算模型,即用实体单元模拟钢锚箱底部的锚垫板、用空间高阶壳单元模拟锚箱中其他钢构件及主梁、用非线性接触单元模拟锚垫板与承压板间不焊接但紧密压贴的关系,能够较真实、合理地反映钢锚箱的实际受力情况。钢锚箱虽然板件较多,但整体性能好,索力传递流畅,锚箱锚固顶、底板上2条焊缝传递索力,承压板与主梁焊缝主要传递抗弯作用力,因此要保证各板件接触、焊接良好,不能产生大的残余应力和残余变形。随着荷载的增长,钢锚箱高应力区应力增长速度减缓,部分低应力区应力增长加快,这对受载有利。仿真计算时,要注意壳单元角点局部位置可能出现应力计算失真。     

基于英国BS5400的预应力混凝土槽形梁结构性能研究

结合一座国外公路槽形梁的工程设计实例,基于MI-DAS FX+V2.0.0和MIDAS/Civil 2006结构分析软件,选取四面体单元和桁架单元,建立空间实体计算模型,进行了各荷载组合工况下槽形梁空间受力性能研究,并针对槽形截面特点进行了各典型位置的剪力滞效应分析。在此基础上基于BS5400,进行结构性能分析及安全性分析,并总结预应力混凝土槽形梁的优缺点。分析结论可为BS5400规范体系下预应力混凝土槽形梁的设计及计算分析提供参考。     

等代层法在隧道开挖计算分析中的应用

针对释放系数法在平面应变有限元中模拟隧道开挖过程的不足,提出了等代层法。与应力释放法相似,等代层法可以通过调整等代层弹性模量来模拟隧道开挖过程中围岩应力释放情况。结合重庆凤咀江隧道开挖断面的实测拱顶沉降对三维有限元模型中等代层弹性模量进行反演,根据反演参数对隧道开挖过程进行正分析,分析结果与实测结果具有较高的吻合度,证明了这种方法的可行性。     

超宽异形钢箱梁桥设计分析受力性能研究

结合哈尔滨市公铁两用立交桥市政段最大宽度为55. 16 m的2×45 m变宽桥梁设计实例,探讨城市超宽异形梁的设计方法。为保证城市桥梁的美观环保、经济合理,对桥梁方案进行了比选;为保证桥梁施工质量和工期,对其工艺进行了详细的研究。介绍了基于板壳有限单元法的超宽异形钢箱梁结构的计算分析,并按照新的钢桥设计规范,给出了主要计算结果。结果表明,在最不利荷载组合下结构的正应力、剪应力、主应力均能满足要求,且留有合理的安全冗余。     

混凝土板分段浇筑的曲线结合梁施工阶段受力性能研究

为了对钢-混凝土曲线结合梁施工阶段的受力性能进行准确分析,进行了混凝土浇筑过程中简支曲线结合梁的模型试验,采用ANSYS有限元计算软件分析了栓钉连接件时变抗剪强度对模型梁施工阶段受力性能的影响。分析结果表明:从一端向另一端分段浇筑混凝土板时结合梁的应力和变形均比一次性整体浇筑时小,且沿梁轴不对称;自各节段之间的浇筑时间间隔为6h起至7d之内,均应计入钢梁与混凝土板之间的早期组合作用,且需考虑这种组合作用随混凝土龄期而增长的时变特性。在对混凝土板浇筑过程中的结合梁进行受力分析时,必须考虑已浇好硬化的梁段中钢梁与混凝土板结合面上的相对滑移,否则会使计算结果偏于不安全,出现工程安全隐患。     

简谐点荷载下饱和土中浮置板轨道隧道的动力响应研究

假定隧道衬砌为Flügge薄壁圆柱壳,土体为饱和多孔介质,通过把荷载、动力响应沿环向模态分解,利用傅里叶积分变换求得非轴对称简谐点荷载作用下的隧道—饱和土体系统的动力响应。在此基础上,将浮置板、钢轨作为无限长的Euler梁,考虑钢轨、浮置板、隧道—饱和土体系统的相互作用,求解了单层梁—隧道—饱和土体系统和双层梁—隧道—饱和土体系统在点荷载作用下的动力响应。研究结果表明:荷载频率对饱和土体中浮置板隧道的动力响应有较大影响;浮置板具有明显减振作用;在低频范围内,双层梁—隧道—饱和土体系统中上层的支承弹簧、钢轨的作用可以忽略。