有限元软件梁杆单元局部坐标系的简化确定方法

有限元软件(如SAP2000、ETABS、Midas等)的梁杆单元在工程结构设计和理论分析中有着广泛的应用。对于复杂三维空间结构,需要确定梁杆单元局部坐标系以定义单元截面几何特性、输入单元荷载、处理软件输出的结构内力和变形等结果。上述软件中,确定梁杆单元最终局部坐标系涉及三维坐标转换问题,传统的方法是基于泰勒级数展开的线性模型转换方法和基于罗德里格矩阵的三维坐标转换方法等,以上计算方法涉及繁琐的矩阵变换和计算,不利于理解和应用。在现有传统方法基础上,简化了旋转矩阵的确定过程,建立了最终局部坐标系在整体坐标系中的简化确定方法。简化方法无传统方法对旋转角和精度的限制。验算结果表明,与基于罗德里格矩阵的三维坐标转换方法相比,简化方法是正确和有效的。     

双线铁路箱梁施工阶段跨中截面应力的有限元分析

在双线高速铁路建设中，广泛采用整体箱型梁结构形式。本文采用弹性力学有限元方法。建立了8节点六面体等参数单元的三维应力分析有限元模型。结合双线铁路预应力混凝土简支箱梁的施工，利用SAP90通用结构有限元分析程序，建立了整体箱梁三维实体单元模型，通过梁单元施加预应力荷载效应。箱梁采用后张法施工工艺，分别以预应力初张拉阶段、预应力终张拉完成、二期恒载作用为分析荷载工况，计算了箱梁跨中截面应力，给出在施工过程中箱梁跨中截面的应力随预应力张拉的变化及分布情况。通过有限元分析结果与铁路桥涵设计规范的比较得出，该箱梁结构设计合理，施工方案可行。本文所采用的分析方法和结论对于双线铁路箱粱的设计与施工有一定的借鉴意义。     

Midas Gen To SAP2000模型转换技术在铁路站房工程中的应用

基于SAP2000软件开放的API技术,利用C#语言结合面向对象编程的思想,编制了Midas Gen To SAP2000有限元模型转换软件,并探讨了模型转换的关键技术。通过在相关铁路站房工程实例的应用,证明了程序的高效性及可行性,也表明该转换技术对于类似工程实践有良好的借鉴作用。     

铁道车辆板梁结构多方案对比分析

为合理处理铁道车辆车体上的板梁组合结构,解决车体结构分析中典型的板梁偏心连接问题,构建了偏心节点的节点位移关系式,利用APDL语言实现了批量约束方程的施加;并根据ANSYS软件中梁单元、板单元、实体单元的基本特征构造了5种板梁组合结构模型,对它们进行了有限元分析及对比.研究结果表明:对于同一典型的板梁结构,用板梁偏心组合建模(单点约束)方案得到的模型与用实体建模方案得到的模型有限元分析结果比较接近,用全板壳建模的两种方案均相对实体单元模型约束稍强,而用板梁偏心组合建模(双点约束)方案得到的模型则约束过强;同时采用板梁组合建模的模型单元数和节点数相对较少,可以节省计算机时,降低计算费用.     

钢-混凝土混合结构在大跨度连续刚构桥中的应用

重庆石板坡公路长江大桥采用填充混凝土后板式钢—混凝土接头。在轴力、弯矩和剪力的作用下,钢—混凝土接头处将产生轴向压应力、拉应力和剪应力。压应力由承压板及PBL剪力键共同传递,拉应力、剪应力主要由PBL剪力键传递。计算得到钢—混凝土接头的最不利荷载组合内力。在钢—混凝土接头附近截取18m长的1个梁段,将混凝土与贯穿钢筋进行耦合、贯穿钢筋与PBL板进行耦合,采用实体单元、板单元和梁单元,建立钢—混凝土接头有限元模型,利用有限元软件ANSYS进行仿真分析,得到钢—混凝土接头各部分的应力分布。结果表明:结构各构件在设计荷载下并未出现超出材料强度的应力峰值;剪力主要靠腹板上的PBL剪力键传递;有效的预应力体系是钢—混凝土接头可靠性的根本保证。     

大跨度四线铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段有限元分析

为研究四线铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段的受力特征及传力机理,以新建福厦高铁乌龙江高低塔混合梁斜拉桥为背景,采用ANSYS有限元软件建立该桥钢-混结合段三维有限元模型,分析最不利荷载工况下钢-混结合段中钢结构和混凝土的受力状态及轴力分配比例。结果表明:(1)钢-混结合段的受力状态处于安全设计范围之内;(2)结合段横向宽度大,剪力滞效应需给予关注;(3)刚度过渡段顶、底板轴力传递比例随外荷载变化而不同,但钢壳体总体传力规律与外荷载相关性较小;(4)钢-混结合段约46%的轴力由承压板以压力方式传递至混凝土,约18%的轴力由PBL剪力键传递给混凝土,剩余约36%的轴力由钢壳体上剪力钉和界面粘结力传递给混凝土。分析验证新建乌龙江大桥钢-混结合段结构设计的合理性,分析数据可为类似工程设计提供参考。     

周边简支双向密肋楼盖非线性分析

选用通用有限元分析软件ANSYS中的混凝土实体单元。SOLID65对周边简支双向密肋楼盖进行了试验模拟。编写了钢筋混凝土楼板的APDL语言分析程序,并对密肋楼盖进行了非线性全过程分析。将数值解与试验结果中的极限荷载、最大应力值和荷载一位移曲线进行了比较分析。在权衡了计算精度与计算机时之间矛盾的基础上,总结了该有限元模型的数值模拟结果与试验结果吻合较好,从而验证了钢筋混凝土楼盖结构应用实体单元进行非线性有限元分析的合理性。     

大跨度体育场看台挑蓬结构设计分析

介绍了某大跨度挑蓬结构荷载取值,工况组合方法,并运用大型通用有限元软件SAP2000建立了三维有限元分析模型。结合具体结构设计进行了动力特性分析,静力分析,多遇地震向应分析和稳定分析,结果表明,本结构安全可靠,具有良好的整体稳定性和抗震性,可为以后的工程实践提供参考依据。     

S型曲线钢箱梁桥空间受力特性研究

为分析S型曲线钢箱梁桥的空间受力特性和纵横向剪力滞效应,基于Midas考虑翘曲变形的七自由度梁单元和ANSYS的Shell181壳单元,对一座四跨S型曲线连续钢箱梁桥进行全桥空间精细化仿真建模,研究其在不同荷载作用之下的结构位移、截面应力、支座反力及自振特性,并找出结构的最不利情况及其应力分布规律。经2种有限元单元的结果对比,可知采用板壳单元模型较之梁单元模型对该类桥梁弯扭耦合效应的模拟更为准确,其各项分析结果更偏安全,实际设计中对该类结构应尽可能采用板壳单元进行建模检算。为进一步研究其剪力滞效应,基于ANSYS计算结果研究了该桥各关键截面顶板的剪力滞效应,得出其剪力滞系数的纵横向变化规律,可为今后类似桥梁的设计提供参考。     

多元软件交叉应用的框架结构内力求解通用程序

目前有多种计算框架结构内力的软件,例如SAP2000,ANSYS等,但是单一的采用这些软件计算框架结构内力时,过程复杂,并且很难得到直观、易用的通用计算程序。本文通过EXCEL与ANSYS两种软件的交叉应用,联合使用VBA语言以及APDL语言,编写了直观、易用的框架结构内力通用计算程序。结合明挖地铁车站和U形槽两种典型结构的工程实例,本文给出了通用程序的详细算例,可以极大地提高工作效率。此通用程序可为从事相关研究与设计人员提供参考。     

预应力碳纤维布加固RC梁试验研究及有限元分析

通过试验分析了预应力碳纤维布加固、不同预应力水平对被加固RC梁的开裂荷载、屈服荷载及极限荷载的影响,并采用有限元分析软件ANSYS进行了模拟计算。结果表明,采用预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁,可以提高其开裂荷载、屈服荷载及极限荷载。     

“公轨合一”型高架桥系统的城市轨道交通列车运行平稳性分析

"公轨合一"型高架桥具有上下桥桥幅不相当的特点,桥梁结构在单侧汽车荷载作用下的空间扭转效应明显,振动传递到轨道梁上会对列车运行的平稳性造成影响。通过ANSYS有限元软件建立有限元模型,推导了10自由度列车垂向模型并通过分离迭代方法求解。考虑轨道不平顺,将汽车荷载考虑为移动力模型,分析了高架桥上汽车运行对列车运行的平稳性影响,以及轨道不平顺对列车运行的影响。     

铁路钢桁梁柔性拱桥极限承载力参数敏感性分析研究

以正在建设的合福铁路合肥南环线经开区铁路钢桁梁柔性拱桥为工程背景,采用大型有限元计算软件ANSYS建立基于梁单元的全桥空间有限元模型,从非线性因素、活载布置形式、初始缺陷和横向风荷载四个方面对铁路钢桁梁柔性拱桥进行参数分析,分别计算在不同参数作用下桥梁的极限承载力,分析各个参数对桥梁极限承载力的影响,确定影响桥梁极限承载力的关键因素。     

移动荷载作用下周期支承Timoshenko梁动力响应

针对移动荷载作用下周期支承Timoshenko梁的具体结构,将其任一梁单元分解为一个支撑单元和两个非支撑单元。在轨道结构动力响应的周期解析解的基础上,采用传递矩阵法,应用Laplace变换等理论,推导周期支承Timoshenko梁的传递矩阵。将激振点的状态变量乘以一系列梁单元的传递矩阵,推得拾振点的传递函数,进而给出移动荷载作用下周期支承Timoshenko梁上任一点的动力响应解。     

有砟轨道基础桥上无缝线路计算软件开发及应用

运用梁轨相互作用基本原理,在考虑钢轨、桥梁和墩台相互作用的基础上,建立了桥上无缝线路的线桥墩空间一体化计算模型,用于对桥上无缝线路伸缩附加力、挠曲力、制动附加力、断轨力、梁轨相对位移及墩台纵向受力和变形的计算分析.为计算方便,以有限元软件ANSYS为计算平台,利用ANSYS参数化设计语言进行二次开发,编制了有砟轨道基础桥上无缝线路通用计算软件,可用于各种桥上无缝线路的设计计算.     

变曲率曲梁的单元等效节点荷载分析

研究目的:变曲率曲线梁在工程中得到广泛的应用,对其进行数值分析时,需建立变曲率曲线梁的单元刚度矩阵和节点荷载矩阵。因跨间集中荷载和均布荷载无法直接参与计算,需将其转换为等效节点荷载。本文主要研究目的是获得变曲率曲线梁跨中集中荷载的等效荷载矩阵。在极坐标系下,依据虚功原理,推导出一端固定的悬臂梁在跨间荷载作用下的悬臂端位移,再依据位移等效和内力等效得到曲梁单元一端的等效节点力,进而根据静力平衡条件得到单元另一端的等效节点力与等效节点荷载矩阵。研究结论:以两端固定的曲线梁在跨间集中荷载作用下为例,利用MATLAB编程与ANSYS有限元计算结果进行了对比,算例中竖向位移和扭转角误差较小,两者相差都在5%以内,得到如下结论:(1)等效节点荷载矩阵是正确的,验证了对变曲率曲线梁计算的有效性;(2)等效节点荷载矩阵的元素可用带参数的显函数表达,且所有参数都可直接引用;(3)推导的变曲率曲梁等效节点荷载矩阵可用于含等曲率梁的杆系结构的有限元分析。     

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道计算软件开发及应用

在考虑了钢轨、板、桥梁和墩台相互作用的各种影响因素的基础上,以大型有限元软件ANSYS为计算平台,利用其自有的APDL语言进行二次开发,编制了桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道计算软件.该软件可用于分析计算各种桥型,在制动、降温、混凝土收缩徐变、断轨、断板等荷载作用下的梁-板-轨纵向相互作用,为轨道和桥梁设计提供了理论指导.     

基于英国BS5400的预应力混凝土槽形梁结构性能研究

结合一座国外公路槽形梁的工程设计实例,基于MI-DAS FX+V2.0.0和MIDAS/Civil 2006结构分析软件,选取四面体单元和桁架单元,建立空间实体计算模型,进行了各荷载组合工况下槽形梁空间受力性能研究,并针对槽形截面特点进行了各典型位置的剪力滞效应分析。在此基础上基于BS5400,进行结构性能分析及安全性分析,并总结预应力混凝土槽形梁的优缺点。分析结论可为BS5400规范体系下预应力混凝土槽形梁的设计及计算分析提供参考。     

CRTSⅢ型板自密实混凝土冒浆状态下动力特性计算及试验研究

根据 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构特性,运用大型有限元软件 ANSYS 建立有限元梁板模型,并在成灌线上的 CRTSⅢ型板式无砟轨道冒浆区段进行了现场试验.在轨枕、轨道板质量和扣件、支承层刚度不变情况下,研究自密实混凝土冒浆状态下各轨道部件的垂向位移及垂向加速度,为 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构设计提供参考.     

桥梁两岸边坡稳定性的数值模拟分析

在岸坡上修建桥梁时,桥梁荷载作用下岸坡的稳定性对桥梁结构的安全性有重大的影响。文章结合北盘江大桥工程实例,利用大型通用ANSYS软件的强大图形与网格划分功能建立了前处理模型,并应用ANSYS中参数化设计语言APDL将模型导入三维快速拉格朗日差分法软件FLAC3D中进行计算模拟,再应用FLAC3D内嵌的Fish语言将计算数据转化到科技绘图软件TecPlot中进行后处理分析,最后将数值模拟结果与模型试验结果进行对比,取得了令人满意的结果。