钢拱塔斜拉桥拉索锚固区局部应力与敏感性研究

以某大桥钢拱塔斜拉索耳板锚固区结构形式为工程背景,利用有限元分析软件ABAQUS建立了钢拱塔斜拉索锚固区局部构件的空间计算模型,对承受最大索力和钢拉杆力的锚固段进行了有限元静力分析,研究了该锚固区各板件及焊缝的应力分布和大小,并针对个别板件和焊缝应力较高的现象,以耳板厚度和长度为变参数进行了敏感性分析。     

基于拓扑优化设计的动力集中动车组车体变压器梁优化与减重

建立了动力集中动车组车体的有限元模型,基于结构优化对变压器梁进行减重设计。以质量最小为目标,进行变压器梁在牵引工况下的拓扑优化,根据优化结果进行几何重构,对重构模型进行尺寸优化,达到减重目标。当变压器梁的材料采用Q345时,通过优化设计可以减重137.7 kg,减重21.7%。采用Q460材料时,变压器梁减重了234.9 kg,减重37.0%。结果表明文中提出的拓扑优化+尺寸优化的结构优化设计方法对车体零部件减重设计效果明显。     

现代有轨电车轨距检测小车结构设计与研究

当前,市场上缺少针对现代有轨电车槽型轨轨距的检测设备,基于激光三角测量原理提出并设计一种现代有轨电车槽型轨轨距检测小车结构。为了保证推行过程中结构的稳定性和设备的灵活性,车体设计为左右对称结构并设有路轨转换结构;然后,利用Ansys Workbench软件对结构进行静力学分析与拓扑优化分析。静力学结果分析表明:车架的最大形变量为0.799 mm,最大应力26.7 MPa,完全满足使用要求。最后,以检测梁材料的质量为优化目标对结构进行拓扑优化。结果表明:去除检测梁左右两端的部分结构,并且在中间的侧面与底面设计减重孔能够将检测梁减重34.2%,减重优化方案效果良好。轨距检测小车结构设计方案合理,对现代有轨电车槽型轨轨距检测设备的设计具有一定参考价值。     

拓扑优化在桥梁支座轻量化设计中的应用

以桥梁支座为研究对象,基于拓扑优化设计思想,以支座下座板刚度最大化为设计目标对结构进行了轻量化设计。在保证支座正常功能不受影响的前提下,定义了底面全约束模型和底面非全约束模型,对应2种不同的初始设计区域,并分别对支座进行了优化分析。经过拓扑优化得到了外圆中缩式及底板中空式结构的密度图,再基于外圆中缩式密度图对下座板模型进行了二次构建,验证了拓扑优化结构的可行性。研究结果表明,在满足桥梁支座使用性能要求的前提下,底面全约束模型拓扑优化得到的支座下座板结构重量减小了21.2%,为桥梁支座的轻量化设计提供了一种新的思路。     

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。     

自锚式悬索桥损伤吊索系统拉力重分布研究

为研究吊索损伤对自锚式悬索桥吊索系统内力的影响机理,以某主跨160 m的混凝土自锚式悬索桥为工程依托,采用非线性静力分析方法,对吊索不同损伤程度下结构的力学响应进行研究。研究结果表明:吊索损伤引起吊索系统的拉力重分布,主要发生在损伤吊索和与之同跨同侧相邻的2根吊索之间,具有相邻性;相较于单根吊索损伤,相邻2根吊索发生损伤后结构的力学响应更为剧烈,且与这2根吊索分别发生损伤引起同侧吊索拉力重分布的叠加效果几乎等效。研究结果可用于自锚式悬索桥损伤索力控制,同时可为损伤吊索监测提供技术指导。     

138m钢箱叠拱桥耳板锚固结构应力分析

钢箱叠拱桥耳板锚固结构构造较复杂,受力集中,是控制设计的关键部位,对哈大铁路客运专线新开河特大桥1-138 m钢箱叠拱桥通过弹性力学解析法、模型试验法、有限元分析法研究耳板锚固结构的应力分布规律,分析耳板应力,其最大点位于销孔上缘,耳板下部远离销孔区域应力依次递减。可以通过加焊圆盘钢板降低销孔附近应力值,同时应当重视加焊圆盘钢板下焊趾处的设计。     

悬索桥控制的基本框架

针对悬索桥的特点，提出悬索桥控制的基本框架。施工前计算的重点应放在提高主缆、吊索、加劲梁段的无应力尺寸及鞍座、索夹等预偏量的计算精度上；施工中控制的重点庆放在消除悬索桥主塔、主缆的施工误差对加劲梁架设、合龙、线形控制的影响上。最后以某主跨为１３８５ｍ的悬索桥中吊索长度的调整为例，证明了该框架的可行性。     

斜拉索张力优化研究

合理确定斜拉索的预张力是斜拉空间网格结构成败的关键,提出一种适用于半刚性结构的静力平衡法线性迭代优化方法。通过对灵武体育中心体育场屋盖斜拉索张力优化分析,获得{N3}=(1+0.3)N为优化预张力,结构最大竖向位移为跨度的1/718,各杆件应力/强度比基本在0.8以内。     

悬挂式个人快速运输车辆转向架构架结构轻量化优化研究

在悬挂式PRT(个人快速运输)系统已有结构的基础上,对该系统转向架构架进行结构轻量化优化研究.运用拓扑优化相对密度法中的SIMP(固体各向同性材料惩罚模型)方法进行走行轮安装座拓扑优化及构架主要板梁厚度优化,并对优化前后的仿真结果进行对比分析.根据构架不同区域优化后的应力、应变结果对构架参数进行调整,并在考虑构架实际结构及功能性结构的前提下控制优化参数以得到构架整体优化结果.结果 显示,构架优化区域体积大幅减少,轻量化结果明显,且整体结构强度良好,能满足列车在最恶劣工况下安全运行.     

一种新型石膏空腔模无梁楼盖拓扑结构及静力分析

石膏空腔模无梁楼盖是以预制石膏空腔模为永久性施工内模的整体现浇空心楼盖,有密肋式、空腹板架式、井字-空腹板架组合式、井式、9区格式五种结构。用ANSYS对不同情况下的双跨、三跨楼盖做拓扑优化,得到72张单元伪密度云图并归纳伪密度分布规律,在此基础上设计一种新型结构——暗柱帽-悬挑三肋楼盖。用ANSYS对暗柱帽-悬挑三肋楼盖做竖向荷载作用下的静力特性理论分析,详细研究其挠度和正应力分布。研究表明:暗柱帽-悬挑三肋楼盖的正应力分布不呈实体板特征,不利于发挥材料强度和配筋设计;但是混凝土用量少、竖向刚度好、峰值拉应力小,适合大跨度、大荷载的楼盖结构。     

悬索桥施工控制的基本框架

针对悬索桥施工的特点,提出悬索桥施工控制的基本框架.施工前计算的重点应放在提高主缆、吊索、加劲梁段的无应力尺寸(或长度)及鞍座、索夹等预偏量的计算精度上;施工中控制的重点应放在消除悬索桥主塔、主缆的施工误差对加劲梁架设、合龙、线形控制的影响上.最后,以某主跨为1 385 m的悬索桥施工中吊索长度的调整为例,证明了该框架的可行性.     

四索面双塔联体分幅斜拉桥塔结构模型试验研究

为确保联塔分幅斜拉桥中塔结构的安全可靠,以宁波甬江特大桥为工程背景,进行整体桥塔3:40缩尺模型的2种斜拉索分级加载试验,以研究联塔结构的力学行为.在满足目标状态要求的前提下,以斜拉索数量最少为原则,确定试验中斜拉索的优化布置及相应的优化索力.试验测得的结构变形、控制断面应力和斜拉索的索力与计算值吻合较好.试验结果表明:斜拉索数量最少优化方法在达到预期目标的同时提高了斜拉索的利用率;在2种工况加载过程中,未出现结构开裂情况,结构的变形和受力安全、合理,结构整体受力性能良好,但联塔部位混凝土出现局部拉应力,为相对薄弱部位.     

自锚式悬索桥边跨整体索夹的设计优化

南京长江隧道工程江心洲右汉大桥边跨索夹采用两道主缆连成一体的形式,索夹顶部设钢横梁,吊索上端与钢横梁连接,该结构形式稳定性不高,为提高稳定性,把钢横梁由顶部移到底部;同时,原钢横梁组焊件改为整体铸钢件,并调质热处理,有效地提高了钢横梁的结构安全储备。     

悬索桥吊索张拉及索鞍顶推降温法数值分析

研究目的:当大跨度自锚式悬索桥跨越通航流域不能采用常规支架法施工主跨钢箱梁时,首次应用"先斜拉,后悬索"的总体施工方案,该方案中最重要的过程就是斜拉桥向悬索桥的结构体系转换。针对体系转换中吊索张拉及主索鞍顶推在数值模拟中的实现,本文应用与无应力状态控制法相通的降温法进行分析。以该方法为指导,分析模拟建成后是世界上最大跨度600 m的鹅公岩自锚式悬索桥的体系转换全过程,阐述基于ANSYS的斜拉-悬索两个缆索支撑系统耦合模型中各个关键构件的单元选取及其参数确定的方法和技巧。研究结论:通过数值模拟计算得到体系转换过程中关键构件在整个过程中的变化规律,获得结论如下:(1)利用无应力索长可以将两种独立的斜拉-悬索缆索支撑系统实现耦合模型进行体系转换研究;(2)降温法是将吊索的建模长度降温至其无应力索长来模拟吊索张拉的过程,也可以模拟将主索鞍的预偏量分步降温至接近于零而实现主索鞍的顶推;(3)本文所研究降温法适用于计算大跨径自锚式悬索桥中体系转换过程中吊索张拉和主索鞍顶推分析。     

斜拉索耳板锚固结构接触应力分析

斜拉桥钢箱梁的索梁耳板式锚固结构构造简单,为南京长江二桥南汊斜拉桥设计采用.以南京长江二桥南汊斜拉桥的设计数据为基准,对耳板销孔处的接触应力用静力试验、弹性理论计算、有限元计算三种方法进行了比较分析.     

斜拉桥耳板式索梁锚固结构的空间分析

利用有限元分析软件,建立深圳湾公路大桥索梁锚固区仿真模型,进行耳板式锚固结构的接触应力分析,研究主梁顶板、腹板、横隔板以及锚固区耳板上的应力分布情况。结果表明:锚固区Mises应力极值出现在耳板销孔两侧,大致关于斜拉索对称;锚固区各构件应力在局部区域数值较大,但扩散较快,应力传递流畅;索梁锚固结构承载能力满足要求。建议耳板式索梁锚固结构的耳板材料采用高强度钢材,且应对销孔周围进行局部加强。     

拓扑优化设计方法与经验设计方法的RC开孔深梁对比试验研究

为推动拓扑优化方法早日应用到钢筋混凝土深梁工程设计中,研究多目标优化算法并展开试验验证是实现此目的的必经之路。为此,开展分别按钢筋应力多目标ESO和经验设计方法设计的一组开孔深梁对比试验。试验结果表明,相较于经验设计方法,钢筋应力多目标ESO设计的试件在节省用钢量和基本保持承载力的前提下,变形能力和耗能能力大幅提升,受力钢筋能更充分发挥强度,同时改良了深梁脆性破坏的常规形态。造成这种改进的根本原因,是钢筋应力多目标ESO综合考虑了2个优化目标,设计的斜向钢筋能有效补强传力路径中垂直于受压混凝土的受拉方向,更契合深梁的受力机理。钢筋应力多目标ESO方法可供日后钢筋混凝土深梁工程设计参考。     

提速客车转向架转臂的拓扑优化设计

为设计出易于安装及落车的提速客车转向架转臂结构,基于变密度法和非线性接触有限元法对转臂进行了拓扑优化和强度分析。以HyperMesh/Optistruct为拓扑优化分析平台,创建了转臂的拓扑优化模型;以I-DEAS软件为多体接触分析平台,建立和分析了新型转臂的多体接触有限元模型。结果表明:新型转臂结构在满足使用强度的要求下,不仅从整体上改善了结构的应力分布,使应力分布更趋均匀,而且转臂的质量也比现有结构的质量下降了9.7%。     

千米级高速铁路悬索桥静力特性分析

为了准确掌握千米级高速铁路悬索桥在静力荷载作用下的受力特征,结合现场试验和有限元模型,以主跨1 092 m的五峰山长江大桥为工程背景,研究特大跨径钢桁梁悬索桥在静力荷载作用下的结构力学行为,揭示不同加载工况下钢桁梁及主塔应力,主缆索股力,桥梁挠度,梁端转角,主塔、支座以及梁端纵向位移,吊索索力的变化特征,综合分析悬索桥的静力特性。研究结果表明：在不同加载工况下,上下游弦杆受力均匀,上下游斜杆受力变化较大;主塔塔柱受力变化较小,实测值与理论值之比在0.70～0.94之间;主缆各索股受力均匀,上下游侧索股应力变化一致,主缆整体受力性能良好;桥梁跨中实测挠跨比为1/530,小于设计挠度比1/487,梁端实测最大转角为0.56‰rad,桥梁竖向刚度较大,满足相关要求;支座纵向位移变化均匀,但受运营初期支座纵向摩阻力及阻尼器的影响,导致荷载较大时,纵向位移变化缓慢,使得理论值大于实测值,梁端位移与支座位移变化一致,桥梁纵向位移变化均匀;主塔塔顶纵向位移、吊索索力变化均匀,实测值与理论值吻合较好。研究成果不仅可为同类型桥梁设计提供借鉴,也可为桥梁后期运维提供“指纹”信息。