基于平面梁单元的几何非线性分阶段成形平衡方程

为探讨几何非线性条件下基于平面梁单元分阶段成形结构最终状态的影响因素,结合其成形特点,以结构的无应力状态为分析起点计算结构系统的总势能,根据最小势能原理,建立结构分阶段成形时不考虑其成形过程的力学平衡方程,获得结构最终状态与平面梁单元无应力状态量的关系,在全量列式平衡方程的基础上,推导出增量列式求解方程,并通过算例说明平衡方程的应用。对计算结果和平衡方程的分析表明:对于由梁单元组成的分阶段成形结构,当结构体系、外荷载和边界条件一定时,即使在考虑结构几何非线性效应的前提下,其最终状态的确定只与梁单元的无应力长度和无应力曲率有关,与其成形过程无关。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于无应力正装迭代法的大跨混凝土斜拉桥合理施工状态分析

大跨混凝土斜拉桥收缩徐变效应显著,单一计算方法很难完美确定其合理施工状态。目前确定斜拉桥合理施工状态的常见计算方法有前进分析法、倒退分析法、正装迭代法、倒拆—正装交互迭代法、无应力状态法等。以一座主跨300 m的大跨混凝土斜拉桥为依托,建立Midas三维空间有限元模型,基于无应力状态法与正装迭代相结合的计算方法,确定其合理施工状态,获取考虑收缩徐变效应后无应力正装迭代收敛本质及相关迭代规律。主要结论表明:考虑混凝土材料收缩、徐变效应后,构件无应力状态量会随施工过程发生变化,收缩徐变对结构线形影响实质是对结构构件无应力状态量的影响,导致最终成桥状态与目标状态不闭合;调整无应力状态量进行正装迭代分析可实现闭合;基于无应正装迭代法,大跨混凝土斜拉桥索力、线形与设计值能够闭合,内力与设计值接近。     

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。     

混凝土自锚式悬索桥结构湿热耦合效应分析

该文在传统无应力状态法与湿热非线性耦合传导控制方程的基础上,得到考虑耦合效应的混凝土温度场与湿度场,从而进一步对混凝土自锚式悬索桥结构湿热耦合效应进行分析。通过计算求解,得到目标时间状态下混凝土自锚式悬索桥结构变形、内力等。     

千米跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥几何非线性研究

为研究非线性因素对超大跨度公铁两用斜拉桥主要构件变形和受力的影响程度,采用5种分析状态,对一座跨度超过千米的公铁两用钢桁梁斜拉桥进行成桥状态下的活载非线性计算分析。建立全桥平面杆系模型,计算各控制量在最不利活载作用下的极值及非线性影响系数。结果表明:对超大跨度公铁两用斜拉桥而言,斜拉索的垂度效应仍然是几何非线性影响的主要因素,梁-柱效应和大位移效应相对较弱;目前桥梁设计的通常方法是考虑修正斜拉索弹性模量进行线性计算,并在此基础上活载考虑10%的非线性放大系数,该方法现实、合理而且稍偏安全。     

考虑桩土作用的高墩大跨连续结构几何非线性效应分析

在迅速崛起的西部高原山区高墩大跨桥梁多以百米左右的高墩大跨连续刚构桥为主,其几何非线性问题变得越来越重要。为了研究桩土作用下该结构的几何非线性效应,以西部某高墩大跨连续刚构桥为依托工程,利用大型有限元软件进行了考虑桩土效应的几何非线性施工全过程模拟。对比分析了该类型桥梁在桩土作用下几何非线性效应对结构应力和位移在施工阶段及成桥后的影响程度,并研究了不同墩高情况下几何非线性效应对该类型桥梁的变形及结构内力的影响规律。分析结果表明:几何非线性效应对主梁断面顶、底板应力的影响随着悬臂长度的增加而逐渐增大;考虑比不考虑几何非线性效应的主梁竖向位移值小,且位移曲线平顺连续;几何非线性效应对主梁弯矩和主墩剪力影响较大,且剪力分布的非线性随墩身高度的增加而明显,呈先增大后减小的现象;几何非线性效应对边跨主梁弯矩的影响效应随墩高的增加而减小,对墩顶及中跨主梁弯矩的影响随墩高的增加而增大。为了更好地控制结构应力及线形,建议高墩大跨连续结构在设计及施工控制中应着重计入几何非线性效应的影响。     

确定P.C系杆拱桥吊杆初始张拉力方法及施工控制

在设计P．C系杆拱桥时，合理地确定柔性吊杆在全部恒载作用下的钢束初始张拉力是一项重要和比较困难的工作。合理的吊杆索力可以使系杆所受弯矩布置均匀和合适。本文利用力的平衡概念推导出一种以系杆拱桥的系杆为相应刚性支承连续梁弯矩为目标控制量的吊杆钢束初始张拉力的确定方法，同时考虑了整体结构与预应力钢筋的作用。有了目标控制量后，如何在每一施工阶段或在确定的某一状态下张拉吊杆预应力钢束又是一项较为重要的工作。本文解决吊杆分阶段张拉的施工控制程序，使施工张拉过程简单明确，能较为准确地使系杆达到期望的内力状态和合适的线形要求，最终使成桥状态达到满意的结果，为大跨径系杆拱桥的设计与施工提供一种参考方法。     

大跨度悬索桥地震响应的几何非线性影响研究

为在大跨度悬索桥抗震分析中高效地评估几何非线性效应的影响,以虎门二桥坭洲水道桥(主跨1 688m的双塔钢箱梁悬索桥)为背景,提出一种简化计算方法,研究缆索应力刚化效应和结构大位移效应。首先考虑恒载状态下的几何非线性效应,采用ANSYS建立全桥成桥状态下的基准结构模型,继而建立3种动力模型,考察地震工况下不同几何非线性效应的新增影响,对比2种地震工况下的主梁跨中位移及塔底弯矩。结果表明,3种模型的主梁跨中位移及塔底弯矩结果接近,说明成桥后的大跨度悬索桥由恒载效应引起的几何非线性效应显著,而由地震作用引起的几何非线性效应并不显著。因此,可在成桥状态基准结构模型的基础上,直接开展后续地震响应分析而不必考虑地震作用引起的附加几何非线性影响,可有效提高大跨度悬索桥抗震分析的效率。     

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。     

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。