基于径向基函数响应面方法的大跨度斜拉桥有限元模型修正

采用ANSYS有限元软件建立某大跨度斜拉桥试验室物理模型的三维有限元模型.基于灵敏度分析,选取模型待修正参数和用于模型修正的特征量.采用实验设计方法生成数样本,通过有限元分析提取对应的特征量信息,进而建立待修正参数与特征量关系的径向基函数响应面模型.通过对响应面模型的拟合误差分析,确定径向基函数的最优形状参数.以斜拉桥自振频率和静态索力构建目标函数.基于建立的响应面模型,采用遗传优化算法进行有限元模型修正.结果表明,采用径向基函数响应面模型拟合斜拉桥设计参数与特征量之间的隐式关系有较高的精度;基于仿真数据的模型修正有较高的精度,基于试验数据的模型修正能得到合理的结果,该方法可有效地修正复杂桥梁结构有限元模型.     

斜拉桥有限元建模和动力特性分析

文章对斜拉桥的主梁、塔、索等结构部件的有限元建模进行了总结和探计，应用大型有限元软件对某斜拉桥建立了有限元模型，进行了自振频率、振型的模态分析，提出了斜拉桥有限元动力分析的特点。     

基于静动力测试数据的斜拉桥模型修正

对大跨度桥梁结构进行健康监测研究的首要问题,是建立一个满足工程精度要求、反映桥梁结构力学特性的有限元模型.本文以成桥荷载试验静测中的位移和动测中的频率作为状态变量,以各项实测值与相应计算值的百分比偏差的平方和作为目标函数,结合ANSYS的优化分析功能,对大型桥梁结构的初始有限元模型的计算参数进行修正.修正过程中引入约束条件限制各待修正参数和状态变量的变化范围,使得修正后的各参数具有明确的物理意义.修正后的有限元模型为桥梁健康监测计算分析提供了更加切合实际的数学模型,也验证采用ANSYS进行模型修正的可行性.所提方法可供同类大跨桥梁结构的有限元模型修正借鉴.     

三塔四跨单索面大翼缘矮塔斜拉桥塔墩梁固结区域局部应力分析

矮塔斜拉桥塔墩梁固结区域构造、钢束布置和应力状态都十分复杂,是大跨度矮塔斜拉桥的关键受力部位。以104国道某跨径布置为(140+2×225+120)m的矮塔斜拉桥为工程背景,利用有限元分析软件ANSYS对塔墩梁固结部位进行精细的有限元局部应力分析,得到3种典型工况下的应力分布情况,验证设计的安全性和合理性,并针对大翼缘结构边缘拉应力过大的问题提出应力优化方案,对该类型矮塔斜拉桥的设计和施工具有重要的参考价值。     

大跨度PC斜拉桥结构快速分析神经网络模型

为进行大跨度PC斜拉桥、悬索桥等复杂结构的优化设计、可靠性分析或模型修正,提出基于神经网络的结构快速分析方法。通过对比分析不同样本集构造方法对结构分析精度与效率的影响,认为均匀试验设计法是构造网络训练样本的最优方法。基于Matlab工具箱函数newrb建立招宝山大桥平面分析的径向基函数网络模型,该模型含45个输入层节点和2个输出层节点。根据均匀试验设计法生成180个训练样本,利用有限元分析软件ANSYS进行参数化批量分析,得到样本的模拟试验结果,采用OLS法对径向基函数网络进行训练,用训练好的网络预测结构响应。结果表明:该神经网络模型满足结构快速分析的精度要求,与有限元分析结果吻合良好。     

基于拓扑优化理论的悬索桥双吊杆索夹优化设计

索夹是连接悬索桥主缆和吊索普遍采用的关键构件,该部位的设计目前主要取决于相应的力学标准和设计者的经验,此方法存在明显的局限性,故进行索夹空间具体形式的研究十分必要。以长沙市三汊矶湘江大桥为工程背景,取索夹耳板及过渡部位作为主要研究对象,建立不同倾角的双吊杆索夹有限元实体模型,分析索夹基本结构的力学性能。基于变密度法连续体拓扑优化理论,在静力分析的基础上对索夹基本结构进行优化设计。根据拓扑优化结果分析,优化后索夹结构模型图与基本结构应力云图具有明显相似性,可参照基本结构静力分析中应力等值线进行新型索夹的概念设计。综合考虑优化后索夹结构侧边线倾角的变化规律和索夹设计区域相对索夹中心的偏移幅度,调整索夹吊孔位置使吊索合力尽可能的通过索夹中心。拓扑优化中索夹设计区域的偏移距离与吊索力的偏移距离存在显著的线性函数关系,经过线性回归分析,得到优化后索夹形状的简化拟合公式,在满足索夹抗滑及结构受力均匀的前提下使材料用量最经济。研究结果表明：在满足结构应力安全储备的前提下,优化后索夹结构的耳板相较于基本结构减重约50%～60%,相较于原工程背景结构减重约20%。索夹拓扑优化实现了结构轻质、高强和经济的...     

电力机车车体结构优化分析

以新设计某型电力机车为例,利用ANSYS软件建立了电力机车车体结构的有限元模型,并针对机车车体设计中的强度、刚度考核工况,以合理化的车体结构钢板厚度为设计变量,以车体结构的应力、位移需满足的高速试验列车动力车强度及动力学规范等为状态变量,以车体质量最小为目标函数,对车体进行了全面的轻量化优化设计分析,并对优化设计后的车体结构进行了强度、刚度及模态的分析校核,结果表明各项计算结果均符合标准要求。     

基于不同模型的π型主梁斜拉桥力学性能对比分析

针对斜拉桥π形主梁力学性能研究仍需依托整桥有限元模型进行具体分析现状,以威海市环海公路长会口大桥主桥为背景,分别建立脊梁模型、梁格模型、板梁模型进行数值计算并与实桥测试结果进行对比分析,以明确不同建模离散方法对结构力学性能准确性的影响。研究从挠度、应力、剪力滞效应、频率、振型等5个方面展开。结果表明：脊梁模型计算结果精度较低,不推荐采用;梁格模型计算结果具有一定精度,推荐采用该模型做一般性静动力性能分析;板梁模型计算结果精度较高,推荐采用该模型做高层次静动力性能分析。本文结论及分析思路可为类似桥梁结构提供借鉴。     

高速磁浮列车车体承载结构优化设计研究

高度轻量化设计是具有三明治复合板结构特征的高速磁浮列车技术关键之一。本文首先通过对多种三明治复合板建模方法的分析比较,探讨了适合于三明治板大型结构有限元分析的既有工程精度又较为经济的建模方法;然后,运用优化技术对三明治复合板高速磁浮车体承载结构,建立了以车体结构轻量化为目标函数,以板厚为设计变量,以应力、挠度和一阶弯曲自振频率为约束条件的优化设计模型,并进行结构优化分析研究,获得了高速磁浮车体承载结构的轻量化优化设计方案。     

高速铁路高低塔斜拉桥抗震性能研究

为探讨高速铁路高低塔斜拉桥结构体系、固定支座设置位置以及阻尼器参数选取对于结构抗震性能影响,以阜淮高铁跨径(31+73+230+114+40)m高低塔斜拉桥为背景,根据不同结构体系及阻尼器参数建立有限元模型,采用时程分析法对结构内力及位移等目标函数进行地震响应分析。分析结果表明：(1)在高塔设置固定支座的半漂浮体系使高低塔斜拉桥受力更加合理,可以更好地发挥结构的抗震性能;(2)在阻尼常数C=2 000～5 000 kN/(m/s),阻尼指数α=0.2～0.5范围内,随着C、α增大,结构抗震性能随之增强;(3)结构一阶振型为主梁一阶竖弯+高塔纵向弯曲,该桥在设计地震作用下处于弹性工作状态,在罕遇地震作用下处于基本弹性工作状态,抗震性能满足规范要求。     

基于有限混合单元法的斜拉桥塔端锚固构造应力分析

为研究斜拉索塔端锚固构造在索力作用下的应力分布情况,采用整体计算得到最不利荷载工况,并将产生最大索力的斜拉索对应位置的塔端锚固构造作为分析对象,采用有限混合单元法对某独塔斜拉桥进行了计算分析,得到了索塔钢管壁和钢锚梁各部位的应力情况。     

高速铁路矮塔斜拉桥主梁局部受力行为分析

新建商丘至合肥至杭州铁路工程颍上特大桥在主梁斜拉索锚固区采用相比于隔板更为轻巧的横梁结构。针对这种新颖结构,为更好地了解其受力特性、优化构造细节,建立中支点至中跨跨中间的1/4主梁模型。模型考察主梁横梁局部应力,得到增设倒角可降低此处横向拉应力的结论。同时还关注腹板剪力分配,得到在无索区段中腹板承担较大剪力,有索区段相反的结论。最后通过索力作用下桥面板纵向应力分布模式,显示出索力在桥面板的传力路径,为结构局部优化、横向分析及结构配筋提供依据。     

铁路新型钢混组合独塔部分斜拉桥设计研究

以在建的银川机场黄河特大桥主桥为工程依托,结合国内外钢混组合结构的研究现状,推出一种新型大跨钢-混凝土组合独塔部分斜拉桥结构。根据钢-混凝土组合独塔部分斜拉桥的特点,采用空间杆系与实体有限元分析方法,对结构的构造细节及受力特征进行分析,以确定本结构应用于高速铁路的可行性。采用有限元仿真分析与概念设计相结合,对钢-混凝土组合独塔部分斜拉桥的结构体系、承载形式、钢混结合形式、截面构造、拉索锚固等一系列技术重难点进行研究。研究结果表明:新型钢混组合独塔部分斜拉桥,可应用于高速铁路;结构受力合理,可充分发挥材料特性以减小结构自重;结构整体刚度好,可满足高速铁路行车要求;施工安全可控,可降低施工干扰;结构造型优美,经济性能佳;桥型新颖,技术先进创新性突出。     

某大跨度钢桥纵向约束体系锚固结构设计与优化

大跨度钢桥常采用弹性索体系作为大桥的纵向约束,其锚固结构的局部应力较大、传力路径复杂,设计中需要针对其进行专门的计算分析,以保证锚固结构的可靠性。对某大跨度异型拱桥的弹性索锚固结构建立有限元模型,计算分析了钢锚箱结构在最大索力作用下各板件的应力分布。计算结果表明,钢锚箱在最大索力作用下各板件的各项应力值均满足规范要求,结构处于弹性工作状态。同时,针对钢锚箱各板件的布置情况进行优化计算分析,得到合理的锚箱加劲板布置形式。     

基于频率法的平行钢绞线索索力测试研究

斜拉索索力是桥梁施工控制和桥梁受力的重要指标,以光武大桥为工程背景,用频率法进行平行钢绞线斜拉索索力的测试和分析研究。采用有限元方法建立斜拉索模型、HDPE套管模型以及斜拉索-套管整体的接触耦合模型,进行斜拉索结构的动力性能分析,从斜拉索振动频率与索力的对应关系分析可以看出：频率法可用于平行钢绞线斜拉索的索力测试,HDPE套管能够传递和反映内部索体的振动,但必须考虑HDPE套管的影响,根据HDPE套管质量修正斜拉索线密度,提高了斜拉索索力测量和计算的准确度。     

大跨径拱桥缆索施工支架非线性受力特性分析

随着钢管混凝土拱桥跨径的增大,缆索吊装施工过程中,塔架的受力安全性问题备受关注,但主索的计算为简化的理论计算,不考虑主索滑移及塔架偏位对主索受力的影响,导致塔架受力计算不够精确。以某430 m大跨度钢管混凝土拱桥为例,建立索塔一体化并考虑主索非线性及滑移的有限元模型,考虑塔架偏位对主索及塔架变形与受力的影响,将得到的有限元受力分析结果与现有解析方法的求解结果对比分析,结果表明:有限元方法计算结果偏大,与解析法差距在10%以内,说明考虑主索滑移及塔架偏位时结构受力更不利,此种模拟方式能够较精确地计算主索及塔架的变形及受力特性,为钢管混凝土拱桥的施工提供指导。     

斜拉桥波形钢腹板箱梁的力学特性研究

研究了斜拉桥中波形钢腹板箱梁在成桥状态下的力学特性。以新密市溱水路波形钢腹板箱梁斜拉桥为工程实例,通过有限元计算与分析得到主梁的竖向位移、波形钢腹板的剪应力、混凝土板的正应力和竖向挠度、主梁的纵向正应变、混凝土板的应力传递等各项力学规律。结果表明,波形钢腹板的竖向剪应力沿梁高方向近似均匀分布;波形钢腹板的竖向变形在整个主梁的竖向变形中起主要作用;波形钢腹板的纵向正应变小于混凝土板;按波形钢腹板承担全部剪力的传统理论进行结构设计偏于保守。     

大跨度斜拉桥非线性粘滞阻尼器参数研究

为研究地震作用下非线性粘滞阻尼器参数的不同选取对漂浮式大跨度斜拉桥纵向限位性能的影响。通过非线性动力时程分析法对某大跨度斜拉桥中非线性粘滞阻尼器的阻尼系数C和阻尼指数ξ进行参数敏感性分析,与该桥在未设置粘滞阻尼器状态下的地震响应进行比较分析和安全评价。提出选取阻尼系数C和阻尼指数ξ的控制方法和公式。结果表明:斜拉桥纵桥向设置粘滞阻尼器后,通过调节粘滞阻尼器的参数能有效降低结构在地震作用下关键部位的相对位移;非线性粘滞阻尼器在限制主梁纵向位移时对跨中竖向位移有放大作用;合理的阻尼参数对提高地震作用下斜拉桥安全性有重要影响。     

四线铁路钢箱混合梁弯斜拉桥设计研究

根据四线铁路弯斜拉桥的受力特点,采用空间杆系有限元静力分析方法,围绕斜拉桥结构体系、桥梁整体刚度、收缩徐变、几何非线性等方面对其展开拉索、主梁、桥塔、基础的构造设计与研究.采用有限元仿真分析技术,研究正交异性桥面板的弯钢箱梁在受纵横向弯曲、剪力滞和扭转翘曲组合作用下的应力分布,进行钢箱梁与预应力混凝土梁的结合段、主梁与桥塔横梁固结、斜拉索上下钢锚箱的局部应力分析和构造研究.采用车桥耦合时变分析方法对其行车动力性能进行研究.采用反应谱及地震波时程分析方法同时对结构的抗震性能和抗震措施进行分析、研究.研究结果表明:四线铁路弯斜拉桥钢箱梁采用约3m的横隔板和腹板间距对改善主梁构造起到重要作用;良好的行车动力性能说明该桥采用1/900的挠跨比控制结构刚度较为合理;采用E型钢阻尼支座改善了桥梁的抗震性能.