体外预应力桥梁的非线性有限元分析与研究

较多文献将体外预应力索的效应简化为等效荷载,不能完全反映原有结构的受力性能。该文将体外索视为结构的一部分,根据滑动索段的无应力索长总和不变,考虑体外索在转向块处的滑动,考虑体外索的二次效应、材料的非线性,提出了体外预应力混凝土梁的非线性分析计算方法,建立了体外预应力梁非线性分析计算模型,解决了现有计算方法未能考虑二次效应和索力偏差可能较大的问题。算例表明文中方法计算结果和试验结果吻合良好。     

极限状态下体外预应力筋增量分析

文中分析了在极限状态下,依据体外筋应力增量和梁体的整体变形之间的几何关系,同时考虑体外预应力筋在转向块处可能产生滑移,根据发生滑动的体外预应力索段的无应力索长不变,对索力进行二次分配,推导出以构件的挠度和转角为参数的体外筋极限应力增量的计算公式,并将公式与国内学者做的实验进行对比分析。结果表明,计算结果与试验结果较为吻合,为设计体外预应力结构在计算梁体破坏时预应力筋应力提供了计算方法。     

ANSYS在体外预应力混凝土简支梁非线性分析中的应用

介绍了Ansys在体外预应力混凝土简支梁非线性分析中的应用,同时考虑了混凝土和钢筋的材料非线性以及结构几何非线性,建立了两根体外预应力简支梁的三维分析模型,分析并模拟了在三分点荷载作用下加载直至破坏的全过程,并与试验进行了比较,结果表明Ansys能较好地模拟受力全过程,分析了转向块对体外预应力混凝土简支梁受力性能的影响.     

体外预应力索滑移效应的有限元分析

体外预应力在桥梁工程中的应用逐步广泛起来.分析体外预应力混凝土梁桥的主要困难在于体外索与转向块之间的相对滑动.论文在修正Houde粘结滑移曲线的基础上,提出了采用非线性弹簧单元Combine39模拟体外索与混凝土之间的滑移,将普通钢筋均匀"涂抹"于混凝土中,使其与混凝土形成整体离散为实体单元,并将预应力筋离散为杆单元,用有限元法对体外预应力梁进行了体外索的滑移分析研究,得出了其在具体测点位置的滑移量.算例表明该方法计算结果与试验结果吻合较好.     

体外预应力钢-混结合梁桥温度效应分析

针对简支体外预应力钢-混结合梁,考虑钢梁与混凝土之间的相对滑移,温度沿混凝土截面线性分布,体外预应力筋直线布置,剪力钉所受到的剪力和钢梁与混凝土板的相对滑移呈线性关系,推导出结合梁及体外预应力筋由温度效应产生的内力计算公式。通过算例与有限元分析进行对比,并讨论了在日照温度效应下,各种因素对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响。结果表明:公式法和有限元法计算结果吻合;日照温度效应使简支结合梁的混凝土板受压,钢梁顶部受拉,底部受压,对体外预应力筋应力影响很小;当剪力钉刚度足够大时,温度应力不随剪力钉刚度变化而变化,剪力钉布置和桥梁跨度对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响不大。     

预应力组合箱梁抗弯承载能力影响参数分析

为对预应力组合箱梁的设计提供参考,利用简化塑性理论对完全剪力连接的预应力组合梁的抗弯承载力影响参数(混凝土和钢梁强度、预应力筋初始张拉力、预应力筋布筋形式、转向块数量)进行分析。分析结果表明:在截面尺寸受限制时,提高钢梁强度能够有效提高预应力组合梁的抗弯承载力;增加预应力筋的数量可较明显地提高梁体的抗弯承载力;预应力筋采用折线布筋形式时,可提高预应力初始张拉值,以提高预应力组合梁的弹性承载力;转向块布置数量越多,预应力增量越大,二次效应影响越小,预应力组合梁抗弯承载力越高。     

具有体外预应力索的快速施工群钉式钢-混组合小箱梁自振特性分析

为了明确体外预应力索对快速施工钢-混组合小箱梁自振频率的影响,基于铁木辛柯梁理论和组合梁相对滑移对典型梁段及群钉的变形与受力进行了分析,同时,引入平面内梁体预应力变化量与振动位移之间的关系,运用达朗贝尔原理导出其平衡方程组,针对3种典型的体外预应力束布置型式给出快速施工钢-混组合小箱梁动力特性分析的解析公式,并将所提出方法的理论值与有限元数值分析进行了比较。在此基础上,详细分析了预应力筋布置位置(偏心距)、预应力筋初始应力大小、钢梁与混凝土板间抗剪连接刚度等参数对结构动力性能的影响。研究结果表明:所提出的方法及公式在分析体外预应力快速施工组合梁的动力特性方面具有较高的精度,其最大误差不超过2%;同时,在不考虑预应力对组合梁相对滑移影响的情况下,体外预应力筋初始应力的大小及抗剪连接刚度对结构本身的动力特性影响很小,最大不超过1%,可忽略不计;而预应力索布置的偏心距对结构自振频率影响相对较大,尤其是在低阶其频率约增加4%。因此,在实际工程中,使用体外预应力快速施工钢-混组合小箱梁或者采用体外预应力进行加固维修时,除应满足静力设计要求外,必须考虑偏心距对结构动力特性的影响。     

体外预应力混凝土简支梁的抗弯受力性能研究和非线性分析

通过对6片体外预应力混凝土简支梁的试验，分析非预应力筋的配筋率对结构受力性能的影响，同时建立体外预应力混凝土简支梁的几何非线性与材料非线性的耦合分析的有限元计算方法，并利用按该方法所编的非线性程序对6根体外预应力简支梁进行了非线性分析，结果表明该方法是相当精确的。     

部分预应力混凝土框架抗震性能分析

利用有限元软件OPENSEES中的二维梁柱节点模型,建立了考虑节点剪切变形和非预应力筋粘结滑移特征的预应力框架有限元模型,对国内研究者已完成的两榀低周反复荷载作用下预应力混凝土框架试验进行了模拟分析,模拟计算的滞回曲线和骨架曲线与试验结果得到的曲线吻合较好,验证了模型的适用性和可靠性。在此基础上,利用建立的预应力框架计算模型研究了影响结构延性和耗能能力的主要参数,获得了目标延性指标下参数的合理取值范围,可供工程设计参考。     

折线配筋先张梁局部应力分析

作为一种同时具备先张法与后张法结构优点性能卓越的新型结构,折线配筋预应力混凝土先张梁的力学性能有其自身特点,特别是其部分关键部位应力分布状态更是直接影响着预应力钢筋的合理布置形式与整体力学性能。以Ansys有限元分析软件为工具,采用分离式模型,建立了基于三维实体预应力筋单元的折线配筋先张梁非线性有限元分析模型,分析了先张梁预应力筋折点部位局部应力分布特点,并得出预应力筋折点半径是影响折点处局部应力集中的主要因素的结论,且折点半径R的增大有利于折点处应力状态的改善。     

体外预应力桥梁转向块的受力性能分析

转向块是体外预应力桥梁中一种传力构件,由于转向块形状不规则,且要承受预应力筋对转向块中预留孔道的巨大作用力,所以转向块会出现受力集中的情况,其预留孔道周围应力分布复杂,是控制设计的关键部位。转向结构的可靠程度直接关系到大桥的安全和稳定。该文应用Ansys软件对一横隔板式转向块进行仿真分析,揭示了转向块的应力传递路线和受力特性。应力分析结果表明:横隔板式转向块在抵抗预应力筋转向力的过程中,形成了预应力筋孔道上部受压、下部受拉的应力分布,最大拉应力和最大压应力分别发生在预留孔道的下缘和上缘处。提出了在设计中应优先选用整体加厚的转向块,能改善转向块的受力特性,保证大桥的安全和稳定。     

基于粘结-滑移理论的钢结构转向体系受力特性研究

为解决钢结构转向体系设计中锚栓受力不明确的问题,采用Abaqus/CAE三维建模软件分别对块式和横隔板式2种钢结构类型的体外预应力束转向体系建立了2种转向体系的有限元模型,并为了精确模拟锚栓的粘结-滑移特性,对锚栓节点采用了非线性弹簧本构,基于有限元计算结果分析了2种转向器受力及变形特性。结果表明:1)块式转向体系结构刚度一般,在转向力作用下锚栓受力较大,结构安全系数较低;2)横隔板式转向体系结构刚度较大,在转向力作用下,结构破坏形态是钢结构屈曲,锚栓受力较小,整个结构安全系数极高。     

体外预应力组合梁桥预应力损失计算

为准确计算体外预应力组合梁桥预应力损失值,在已有研究的基础上,总结导致该类型梁桥预应力损失的6个关键因素(预应力筋回缩和锚具变形、预应力筋与转向块之间的摩擦、预应力筋松弛、混凝土徐变、混凝土收缩、温度变化),并分别推导了相应的简化计算方法.计算预应力筋回缩和锚具变形以及摩擦引起的预应力损失时采用材料力学方法和平衡原理;计算预应力筋松弛引起的预应力损失时参考预应力混凝土梁的相关经验公式并结合试验结果进行修正;计算混凝土徐变、收缩以及温度效应引起的预应力损失时近似采用力法原理和等效荷载法.     

考虑节点模型的混凝土框架结构抗震性能分析

利用OpenSEES有限元平台中的Beam-Column Joint节点单元和梁柱纵筋粘结滑移单元,建立了考虑梁柱节点模型的混凝土框架结构有限元计算模型,分析了国内研究者已完成的两榀两层双跨混凝土框架结构在低周反复荷载作用下的试验,计算得到的滞回曲线和骨架曲线与试验曲线吻合良好。在此基础上,还对国内研究者已完成的一榀两层双跨混凝土框架结构的拟动力试验进行了模拟分析,模拟得到的结构位移时程反应曲线和结构底层层间恢复力曲线与试验曲线基本一致。分析表明考虑梁柱节点模型的混凝土框架结构有限元计算模型能够较好地反映混凝土框架结构在低周反复荷载与地震荷载作用下梁柱节点处纵筋的粘结滑移特性和整体结构各阶段的滞回性能,从而验证了OpenSEES有限元平台中的Beam-Column Joint节点单元和梁柱纵筋粘结滑移单元在混凝土框架结构抗震性能分析中的适用性,为研究混凝土框架结构的抗震性能提供一条简便途径。     

体外预应力结构计算的接触分析方法

提出采用接触分析方法进行体外预应力结构的计算模拟。同时,为验证此方法的可行性,依据相关试验参考文献资料数据,建立对应的有限元结构分析模型,采用有限元分析接触单元法和原普遍采用的共用结点法,分别对梁体进行数值模拟计算,结果表明,接触单元法具有更好的计算精度和准确性。而后,采用接触单元法针对不同体外预应力筋线形布置情况进行接触模拟计算,找到加固效果最好的体外预应力筋布设位置。     

节段施工结构非线性时效分析

提出了一个钢筋混凝土、预应力混凝土、钢-混凝土组合平面框架结构非线性和时效通用时步分析的模型.本模型能模拟节段施工过程,如纵截面和横截面几何形状变化或材料特性变化;单元、预应力筋、索的安装和拆除;内、外边界条件的变化等.在荷载作用和强迫位移工况下的结构分析考虑了材料的非线性时效特性、结构延迟变形的影响、二阶效应等.此模型能跟踪结构在施工和使用年限内的响应.考虑结构几何和材料非线性有助于分析结构在线弹性状态、开裂状态、极限荷载阶段的响应,还可在施工过程对结构短期和长期的承载力响应方面提供有价值的结论.此模型还能分析延迟开裂、非线性徐变、徐变屈曲等复杂现象.     

体外CFRP预应力筋混凝土梁的受力性能

对体外碳纤维增强复合材料(CFRP)预应力筋混凝土梁的抗弯性能进行了试验研究,根据试验结果对其受力过程、承载力、延性性能和破坏模式等进行了描述,同时编制了体外预应力混凝土梁的非线性全过程分析程序,对体外CFRP预应力筋混凝土梁进行了参数分析,进而推导了体外预应力混凝土梁的简化计算公式.结果表明:理论计算值与试验值吻合较好;张拉预应力筋时是否持荷以及持荷大小对梁的抗弯性能影响可以忽略;体外CFRP预应力筋可以大幅度提高钢筋混凝土梁的承载力,减小梁体变形和开裂程度;梁体内非预应力钢筋可以明显改善体外CFRP预应力筋混凝土梁的裂缝分布和延性;体外CFRP预应力筋混凝土梁的延性指标可达到2.5左右.     

肋式转向块受力性能有限元分析

转向块是体外预应力桥梁中的一种特殊构造,它能够传递体外束所产生的水平力和竖向力,调整体外束偏心距,由于转向块结构形式不规则,且受到较大的集中力和预应力筋的摩擦力,其受力状态较为复杂.该文通过空间有限元仿真模拟,从箱梁和转向肋本身构造的角度分析了影响肋式转向块受力的因素,得到了箱梁底板厚度与转向肋的厚度是影响其应力状态的主要因素的结论,提出了尽量采用整体加厚的转向块,并将转向块设置在箱梁底板厚度较小的位置,以改善转向块受力状态,保证其安全性.     

折线配筋先张梁折点半径优化

为了深入研究折线配筋先张梁的力学性能,以Ansys有限元分析软件为工具,采用分离式模型,建立了基于三维实体预应力筋单元的折线配筋先张梁非线性有限元分析模型,分析了折点半径R对折点处应力状态的影响规律,对影响先张梁折点局部应力集中现象主要因素的预应力筋折点处圆曲线半径进行了优化;并综合考虑了工程实际中的构造要求等多方面因素后,选定R=600mm为预应力筋折点最优半径,为先张梁力学性能进一步的实验研究与理论分析打下了基础。     

节段施工结构非线性时效分析

提出了一个钢筋混凝土、预应力混凝土、钢－混凝土组合平面框架结构非线性和时效通用时步分析的模型。本模型能模拟节段施工过程，如纵截面和横截面几何形状变化或材料特性变化；单元、预应力筋、索的安装和拆除；内、外边界条件的变化等。在荷载作用和强迫在位移工况下的结构分析考虑了材料的非线性时效特性、结构延迟变形的影响、二阶效应等。此模型能跟踪结构在施工和使用年限内的响应。考虑结构几何和材料非线性有助于分析结构在线弹性状态、开裂状态、极限荷载阶段的响应，还可在施工过程对结构短期和长期的承载力响应方面提供有价值的结论。此模型还能分析延迟开裂、非线性徐变、徐变屈曲等复杂现象。