分阶段成形杆系结构几何非线性平衡方程

为探讨几何非线性条件下分阶段成形结构最终状态的确定因素,以平面杆单元为对象进行分析。考虑几何非线性效应,定义单元零应力时的几何外形为其无应力状态量,采用最小势能原理建立局部坐标系和整体坐标系下,分阶段成形杆系结构不考虑其成形过程的力学平衡方程,获得结构最终状态与构件单元无应力状态量之间的关系。利用平衡方程,可直接计算分阶段成形结构最终状态的内力和位移,而无需逐阶段累加。通过平衡方程和算例证明:分阶段成形的杆系结构,即使在考虑结构几何非线性效应的前提下,只要最终状态构件单元的无应力状态量确定,则最终状态结构的内力和位移与结构的成形过程无关。     

基于平面梁单元的几何非线性线形控制方程建立与应用

为研究几何非线性条件下分阶段成形结构平衡状态与无应力状态量的关系,定义了梁单元无应力构形及无应力状态量的概念。构建2个结构系统状态和3个单元状态,基于单元无应力状态,考虑结构几何非线性效应,利用最小势能原理建立基于平面梁单元分阶段成形结构线形控制方程,该方程从理论上证明了无应力状态法原理三(分阶段成形结构通过主动控制构件单元的无应力状态量,可以实现相互独立的结构内力和结构线形)在几何非线性结构中的适用性。当计算状态取平衡状态时,线形控制方程为几何线性方程,提出了单元无应力状态量的间接法求解。通过某三跨连续箱梁结构算例验证了间接法的可靠性,同时进一步验证了无应力状态法原理三在几何非线性结构中成立。     

基于Timoshenko梁的分阶段成形结构平衡方程

为研究剪切变形对分阶段成形结构的影响,对Timoshenko梁进行单元分析,推导单元的形函数,建立单元的截面曲率、剪切应变与单元位移的关系。选取单元无应力状态为势能计算的起点,利用最小势能原理,建立包含单元无应力状态量的分阶段成形的Timoshenko梁结构平衡方程。与欧拉梁相比,增加了单元无应力剪切角作为Timoshenko梁的无应力状态量。编写基于Timoshenko梁的分阶段成形结构计算程序,进行数值分析,结果表明,具有一定的结构体系和外荷载的Timoshenko梁,只要保证各单元的无应力状态量一定,则结构的最终状态是确定的,与施工成形过程无关。     

基于平面梁单元的分阶段成形结构线形控制方程

为探讨分阶段成形结构最终目标线形与无应力状态量的关系,选择目标线形以大地坐标为参照,将外力势定义为外力相对于坐标轴的力势,以单元无应力状态作为起点计算结构总应变能。由势能驻值原理建立结构线形控制方程,该方程根据目标线形可以惟一确定结构中各个单元的无应力状态量,只要保证各个单元按照无应力状态量对应的单元构形进行安装,成形后的线形必将自动逼近目标线形,与具体的成形过程无关。通过数值分析表明,所建立的线形控制方程是准确可靠的,可用于分阶段成形结构的线形控制计算。     

空间梁单元显式切线刚度矩阵推导

在开展桥梁、房屋、网壳、网架等杆系结构几何非线性分析或极限承载力计算时,需要空间梁单元的切线刚度矩阵。基于非线性问题的一般平衡方程和空间梁单元的非线性几何方程,推导应力应变一般线弹性关系下的空间梁单元显式切线刚度矩阵,该刚度矩阵中包含了由初应力和初应变产生的初应力刚度矩阵,为空间有限元程序的编制奠定了基础。     

分阶段施工桥梁的无应力状态控制法

利用能量法建立分阶段施工桥梁结构的力学平衡方程,引入构件单元的无应力状态量建立分阶段施工桥梁结构过程状态与过程状态、过程状态与成桥状态之间的联系.安装计算时通过无应力状态量直接解算施工中间状态的内力和位移,在分阶段施工桥梁施工过程中实现了多工序并行作业和温度、临时荷载影响的自动过滤.     

跨既有高速公路连续钢箱梁滑移施工合龙控制技术研究

跨既有高速公路变截面连续钢箱梁受现场环境条件制约,不能采用顶推法或支架法进行安装,因此提出了无导梁滑移施工方法。基于无应力状态法施工控制理论,介绍了无应力状态法一般静力平衡方程,验证了分阶段成形和一次成形结构内力和位移的差异来源于在形成连续结构时构件合龙单元的无应力状态量不同。以大仁烟三号桥为背景,提出了合龙前对主梁进行顶升、纵移的方式来改变合龙段的无应力状态量,从而实现跨中无应力合龙,计算表明:调整后成桥状态的内力和位移与一次成桥相吻合,满足设计目标。     

无应力状态控制法综述

无应力状态控制法是解决桥梁结构分阶段施工的理论方法。通过建立分阶段施工结构的力学平衡方程,从理论上阐明桥梁构件单元的无应力状态量是影响分阶段施工结构内力和位移的本质因素,并得出无应力状态控制法原理:在结构外荷载、结构体系、支承边界条件、单元无应力长度、无应力曲率一定的情况下,其对应的结构内力和位移是惟一的,与结构的形成过程无关。采用无应力状态控制法,在斜拉桥安装计算时可由成桥最终状态直接解算施工中间状态;可分析杆件工厂制造长度偏差对桥梁结构内力和线形的影响;可实现调索与其他工序并行作业等运用传统方法解决较困难或无法解决的工程问题。     

无应力状态控制法——斜拉桥安装计算的应用

利用分阶段施工桥梁结构的力学平衡方程和无应力状态按制法的基本原理确定斜拉桥施工中间过程理想状态.以桥梁构件单元的无应力状态量必须满足成桥目标状态要求作为控制条件,直接由斜拉桥最终设计成桥目标状态求解桥梁施工过程状态的内力和线形.混凝土斜拉桥施工过程的收缩和徐变实际上是改变了构件单元的无应力长度和无应力曲率,应通过施工中的预拱度来调整.     

结构的状态-过程相关性原理

提出能将结构状态与施工过程的各种相关性及影响因素考虑在内的一般性原理——结构的状态-过程相关性原理。该原理揭示了结构作用-响应关系及材料特性中的加载与卸载路径与结构状态-过程相关性的关系。定义了初始无应力构形与现时无应力构形,并根据该原理导出扩展无应力状态原理,将适用范围扩展到非线性弹性和几何非线性领域。定义了强/弱相关性结构以及弱相关性结构的去相关等概念,并给出扩展无应力状态原理应用于弱相关性问题的条件。结构的状态-过程相关性原理更具一般性,可为分阶段成形结构分析方法提供新的理论依据,可用于桥梁等复杂结构的设计与施工控制计算。     

无应力状态法在斜拉桥主塔施工计算中的应用

根据无应力状态法基本理论,建立斜压结构的分阶段施工力学平衡方程,导出分阶段施工构件单元的无应力状态量。得出当结构外荷载、结构体系、边界条件、单元无应力量一定的情况下,其对应的结构内力和位移是惟一的,与结构的形成过程无关。无应力状态法可应用于斜塔施工的过程控制,为高倾斜塔柱施工至合龙阶段提供技术支持。     

初始应力状态对加固后混凝土梁力学性能的影响

加固后混凝土梁的力学行为与加固时的既有截面初始应力状态密切相关,为了解在不同的初始应力状态下加固混凝土梁的力学性能,通过模型试验,对3片结构参数相同的混凝土试验梁,分别在不同的初始应力状态下采用增大截面法加固,并进行正常使用极限状态与承载能力极限状态下的加载试验,对试验梁的承载力、钢筋与混凝土的应变及裂缝发展过程进行分析。结果表明:在不同的初始应力状态下,加固混凝土梁的正常使用极限状态的承载力存在明显差别;加固后混凝土梁的变形不满足平面假定,其承载力计算必须考虑分阶段受力的影响;初始应力状态对极限承载力影响不大。     

大跨度混合梁斜拉桥弹塑性极限承载力分析

为研究混合梁斜拉桥的弹塑性极限承载力,基于连续体三维虚功增量方程,建立空间薄壁梁单元的U.L.列式增量平衡方程,采用分段分块变刚度法计算单元的弹塑性刚度矩阵,并编制相应的斜拉桥弹塑性极限承载力空间分析程序ULCA.采用ULCA对某主跨480 m的双塔三跨空间双索面混合梁斜拉桥成桥进行弹塑性极限承载力分析,分析结果表明:该桥的荷载安全系数k=3.146 5,因混凝土主梁受压区破坏而达到极限状态;材料非线性对边跨位移、索力及桥塔位移的影响远大于对中跨的影响;极限荷载作用下,材料非线性对主梁和桥塔的轴力基本无影响,但弯矩重分布比较明显.     

中承式钢管混凝土拱桥空间弹塑性稳定性分析

基于U.L列式单元增量平衡方程,采用单元节点截面内力塑性系数法建立钢管混凝土空间梁单元弹塑性刚度矩阵,并编制了钢管混凝土拱桥空间稳定分析方法及设计程序,采用初始内力法考虑阶段间体系转换及弹性内力的传递,计算分析了益阳资江三桥主孔钢管拱桥施工阶段及成桥使用阶段空间稳定性,探讨了材料非线性以及桥面以上拱肋之间加设横向风撑对其稳定安全系数的影响。     

预应力混凝土加劲梁悬索桥的精细计算方法研究

基于有限位移弹性理论，采用带动坐标的混合法对杆系结构的有限元平衡方程进行求解，通过改进索鞍单元模拟索鞍的顶推，增加吊杆及预应力张拉模拟相应施工过程，由此建立了悬索桥几何非线性精细计算的有限元分析方法，最后以北盘江大桥为背景。对其恒载状态下的结构内力及变形进行了施工过程的精细计算。     

混凝土拱桥悬臂施工法超长扣锚索几何非线性的影响研究

在特定地质条件下进行大跨度混凝土拱桥施工时,有时不可避免采用超长扣锚索对结构进行临时支撑,使临时结构的几何非线性效应显著增大,导致传统线性分析方法可能产生较大误差。为了评估这种影响,本文以临崖深水区沙坨特大桥为依托,采用有限元法模拟其悬臂浇筑施工过程,分别建立了桁架单元和索单元模拟扣锚索的几何线性和非线性计算模型,对比了主拱圈轴向内力、竖向位移以及上下缘应力,结果表明:考虑几何非线性影响后,沙坨特大桥的主拱圈轴向内力、竖向位移、上下缘应力均有明显变化。在施工设计中应考虑其对主拱圈安全和线形的影响。     

大跨度连续刚构桥预应力混凝土箱形梁极限承载力分析

以虎跳门特大桥作为工程背景，采用梁段单元法建立了大跨度连续刚构桥预应力混凝土箱形梁极限承载力分析的数学模型，并推导出薄壁箱梁的Ｕ．Ｌ．列式增量平衡方程。在研究中，考虑了箱梁顶板、底板和腹板局部变形的影响及材料非线性和几何非线性。按形成矩阵的“对号入座”法则导引出非线性薄壁箱梁单元刚度特性矩阵。     

超大跨度斜拉桥几何非线性精细化分析

基于几何非线性分析的CR列式全量法,采用悬链线索单元模拟斜拉索,分析主跨为1 088 m的苏通大桥施工过程几何非线性影响。研究结果表明:该方法具有很高的精度和效率;经典的几何非线性分析方法引起的恒载应力相对误差在10%以内,主梁成桥标高相差超过0.5 m;对于张拉工况,经典方法增加荷载步数并不能提高其计算精度。建议超大跨度斜拉桥施工控制时采用精细化的分析方法。     

斜拉桥施工控制分析中线性与非线性影响分析

基于拖动系下梁单元的平衡方程，推导出了几何非线性切线刚度矩阵，指出文献「」１中的两个错误，并修正动坐标迭代格式。考虑大位移，梁柱效应和斜拉索垂度非线性因素，分析了各因素在斜拉桥施工控制分析各阶段的影响。     

红水河特大桥几何非线性影响分析

红水河特大桥是贵州省第一座大跨度混合式叠合梁斜拉桥,其桥跨布置、主梁结构形式均不对称。为掌握几何非线性对该桥静力性能的影响,该文基于Ansys分别建立了该桥的线性和非线性分析有限元模型,并对计算结果进行了对比分析。结果表明:几何非线性对该桥恒载状态、结构位移的计算结果有较大影响,对活载效应、结构内力的计算结果影响很小。为求得准确的结构恒载状态,宜考虑几何非线性进行分析;活载效应分析可不考虑几何非线性的影响。