殘余應(yīng)力與邊界條件耦合作用對H型鋼柱構(gòu)件承載能力的影響

以有限元分析軟件ansys為工作平臺,基于非線性板殼有限元分析理論,采用大撓度彈塑性分析方法,考慮初始缺陷的影響,計算有不同熱軋殘余應(yīng)力峰值下的h型鋼柱的極限承載力,得到主要影響鋼柱極限承載力的因素,為熱軋殘余應(yīng)力的統(tǒng)計提供一些參考意見。

借助有限元軟件,以軸心受壓h型鋼柱為研究對象,對其極限承載力進行分析研究,探討殘余應(yīng)力對其極限承載力的影響。分析結(jié)果表明:翼緣端部的殘余應(yīng)力峰值對h型鋼柱影響最大,翼緣中點的峰值影響次之,腹板中點的峰值影響最小,現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范應(yīng)用于q550高強鋼軸心受壓構(gòu)件極限承載力的計算略微保守。

采用有限元方法分析了初彎曲和殘余應(yīng)力對常用長細(xì)比范圍內(nèi)箱型鋼柱穩(wěn)定極限承載力的影響,同時考慮了幾何非線性和材料非線性,并通過荷載—位移曲線確定箱型鋼柱受壓穩(wěn)定極限承載力。通過分析得出,初彎曲對箱型鋼柱軸心受壓穩(wěn)定極限承載力影響較大,殘余應(yīng)力的影響相對較小,當(dāng)既有初彎曲又有殘余應(yīng)力時,柱的穩(wěn)定極限承載力將大為下降。這可以為今后實際工程中箱型鋼柱的設(shè)計和計算提供一定的參考。

為改善橋梁鋼抱箍受力性能,以面面接觸分析為手段,研究了溫度作用對不同直徑鋼抱箍承載能力的影響。簡單介紹了接觸分析的基本理論、算法和影響結(jié)果精度的因素。計算結(jié)果表明：溫度作用對鋼抱箍承載能力產(chǎn)生相當(dāng)大的影響,鋼抱箍直徑越大,承載能力損失越多,并且歸納出鋼抱箍溫度每升高1℃,每延米周長承載能力降低0.086%,給出了減少溫度對鋼抱箍承載能力影響的措施。

本文以殘余應(yīng)力為研究對象,基于非線性有限元理論,通過變化構(gòu)件腹板,翼緣的殘余應(yīng)力峰值,從荷載-位移曲線、承載力的發(fā)展等方面入手,討論了殘余應(yīng)力對雙軸對稱工字型鋼梁穩(wěn)定承載能力的影響。

建立成品規(guī)格為200mm×200mm×8mm×12mm的h型鋼連軋模型,利用大型有限元軟件ansys/ls-dyna對h型鋼的連軋過程進行模擬,分析了h型鋼萬能軋制過程中腹板和翼緣的延伸不均勻、斷面溫差等對殘余應(yīng)力的影響。并通過金相觀測實驗,分析軋件有殘余應(yīng)力時微觀組織與無殘余應(yīng)力時的不同。從有限元分析和實驗結(jié)果可以看出,合理分配腹板和翼緣的壓下量及控制冷卻速度降低斷面溫差,可以降低h型鋼殘余應(yīng)力。

通過理論分析與ansys數(shù)值模擬比較u29型鋼支架在礦井巷道支護過程中均載和偏載2種條件下,支架的拱部、肩部和幫部表現(xiàn)出不同的承載特點來研究偏載對支架承載能力的影響,為實際工程應(yīng)用提供參考,使支架達到最佳的支護效果。

以實際工程中的熱力管道支架柱為例,根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論,建立起一套h型鋼柱雙向受力承載力分析和雙力矩應(yīng)力變形計算方法,并運用有限元法中的矩形板殼單元,系統(tǒng)地分析了支架柱在壓彎扭荷載共同作用下的鋼柱承載力特征和變形狀態(tài)。綜合分析結(jié)果表明:支架在受力過程中,特別是在扭矩作用下,會出現(xiàn)小應(yīng)變、大位移和大轉(zhuǎn)動的情況,具有明顯的幾何非線性特征;當(dāng)應(yīng)力較小時,即構(gòu)件最大應(yīng)力小于強度設(shè)計值時,采用雙力矩方法來分析可以滿足工程需要;分析結(jié)果與實際較為吻合,該方法具有較好的實用價值。

以南水北調(diào)中線工程為背景,利用光纖光柵計測取預(yù)應(yīng)力鋼絲實際松弛量。基于試驗結(jié)果,采用非線性有限元法建立了pccp承載數(shù)值計算分析模型,進行了鋼絲預(yù)應(yīng)力松弛對pccp承載能力的影響研究。計算結(jié)果表明:在正常使用極限狀態(tài)和彈性極限狀態(tài)下,pccp內(nèi)壓值隨預(yù)應(yīng)力松弛量的增加而減小;在承載能力極限狀態(tài)時pccp內(nèi)壓值保持不變。基于現(xiàn)場測試結(jié)果和計算結(jié)果,評價了預(yù)應(yīng)力松弛對pccp承載能力的影響,為pccp的生產(chǎn)和運行積累了工程經(jīng)驗,為制定超大口徑pccp標(biāo)準(zhǔn)以及質(zhì)量驗收提供依據(jù)。

通過在柱形腔體內(nèi)的彈性隔板四周施加假想的彈簧系統(tǒng),建立了考慮彈性隔板邊界條件的圓柱形腔體內(nèi)的聲場模型。該模型利用漢密爾頓函數(shù)和聲模態(tài)理論,充分考慮彈性隔板與兩個柱形腔體內(nèi)聲場之間的耦合以及彈性板的邊界條件對腔體內(nèi)聲場的影響。通過算例分析表明在所研究的低頻段,支承彈性板的旋轉(zhuǎn)彈簧剛度對腔體內(nèi)聲場與彈性板之間振動耦合的影響弱于線彈簧剛度,由腔體1的內(nèi)聲場引起的彈性隔板的振動速度受線彈簧剛度的影響要甚于旋轉(zhuǎn)彈簧剛度;腔體2內(nèi)的平均聲壓隨支承彈性隔板的線彈簧剛度的增大而增加,而旋轉(zhuǎn)彈簧剛度的變化對聲壓的影響較小。該項研究為工程中柱形腔體內(nèi)設(shè)置有彈性板的結(jié)構(gòu)噪聲分析和控制提供了一定的理論依據(jù)。

靜壓樁殘余應(yīng)力對樁工作性狀具有重要影響。通過黏性土地基中靜壓敞口高強預(yù)應(yīng)力混凝土(phc)管樁靜載荷試驗,闡明了沉樁結(jié)束后的殘余應(yīng)力分布特征,并對載荷試驗過程中殘余應(yīng)力對荷載傳遞性狀及承載力的影響進行了分析。結(jié)果顯示,沉樁結(jié)束后靜壓樁殘余應(yīng)力較大,樁端殘余應(yīng)力占沉樁應(yīng)力比值約為7.1%;殘余應(yīng)力沿樁身呈雙曲線分布,于中性面處達到峰值;載荷試驗過程中,殘余應(yīng)力對荷載傳遞性狀的影響與樁頂荷載大小密切相關(guān)。不考慮殘余應(yīng)力影響將高估中性面以上樁側(cè)極限摩阻力16.3%~19.5%,低估中性面以下樁側(cè)極限摩阻力19.8%,殘余應(yīng)力對樁承載力影響不大。

為準(zhǔn)確地描述ti蝸桿副齒面的接觸狀況及確定齒面接觸區(qū)域的大小,將邊界問題引入接觸線分析中.選用蝸桿副螺旋角β作為參數(shù),推導(dǎo)了ti蝸桿副蝸輪齒面上嚙合界限線存在的判定條件.分析表明,蝸輪齒面上嚙合界限線的分布情況有4種:不存在嚙合界限線,有一條嚙合界限線,有兩條嚙合界限線,以及兩條嚙合界限線完全重合.采用使兩條嚙合界限線重合的螺旋角度,或略小于此值,均可獲得較好的嚙合質(zhì)量.仿真結(jié)果驗證了該結(jié)論的正確性.

加筋平板結(jié)構(gòu)在工程、建筑等領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用。本文提出了一種加筋平板結(jié)構(gòu)聲振響應(yīng)模型,可同時考慮任意邊界條件和任意加筋參數(shù),并快速計算結(jié)構(gòu)的振動特性及聲傳遞損失。基于該模型并結(jié)合低頻噪聲評價指標(biāo),本文對加筋型平板建筑結(jié)構(gòu)的低頻隔聲性能進行了綜合分析,研究結(jié)果表明：建筑結(jié)構(gòu)的邊界條件和加筋參數(shù)都對建筑結(jié)構(gòu)的隔聲性能有重要影響,本文所提模型及分析方法能有效分析這些影響,并有助于加筋型建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。

利用數(shù)值模擬方法研究淺埋隧道穿越樁基時,不同樁長的樁基在各種樁頂荷載條件下側(cè)摩阻力和樁端阻力的變化。結(jié)果表明,隧道開挖會導(dǎo)致樁基產(chǎn)生負(fù)摩阻力,隨著樁長的增大,負(fù)摩阻力的值增大,中性點的位置逐漸下移,但下移的幅度逐漸減小,而且負(fù)摩阻力會隨樁頂荷載的增大而減小;另一方面,由于隧道開挖使得樁底持力層下沉,從而造成樁基樁端阻力的流失,在不同的樁長及樁頂荷載情況下,樁端阻力均呈現(xiàn)隨著隧道開挖而逐漸減小的變化規(guī)律。

作業(yè)井架在工作時多向井口方向傾斜,需要用繃?yán)K來保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,繃?yán)K是作業(yè)機井架不可缺少的支承?？?yán)K型號、數(shù)目、位置、預(yù)緊力及與井架之間角度的變化會對井架安全承載力造成很大影響。本文利用ansys軟件,將作業(yè)井架簡化為三維空間梁和桿組合結(jié)構(gòu),建立了數(shù)值模型。通過變換繃?yán)K橫斷面積、繃?yán)K彈性模量、數(shù)目、位置及布置形式等參數(shù),對井架的應(yīng)力及變形情況進行了分析,得到井架承載力的變化規(guī)律,為現(xiàn)場修井作業(yè)提供了參考和依據(jù)。

采用pro/e3.0參數(shù)化建模,ansysworkbench10.0進行有限元分析,利用matlab對標(biāo)準(zhǔn)螺栓螺桿和內(nèi)斜螺母螺栓螺桿的計算結(jié)果分別做了對比分析,確定了內(nèi)斜螺母的最優(yōu)內(nèi)斜角。

寬w(mm)高h(yuǎn)(mm)厚度t(mm)a1(mm2)a2(mm2)a3(mm2)a4(mm2)yc1(mm)yc2(mm)yc3(mm) 1210450.918938.88188.1944.5522.50.45 2210450.918938.88188.1944.5522.50.45 3210451.02104320944.522.50.5 4210451.02104320944.522.50.5 5210451.123147.08229.7944.4522.50.55 6210451.123147.08229.7944.4522.50.55 7210451.225251.122410.5644.422.50.6 8210451.2

相對于殘余應(yīng)力對鋼管疲勞、斷裂和應(yīng)力腐蝕等能力的影響研究,業(yè)界關(guān)于殘余應(yīng)力對鋼管承壓能力的影響研究仍定論不清。通過對殘余應(yīng)力對焊管屈服強度和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響分析,研究了焊管殘余應(yīng)力對鋼管承壓能力的影響。殘余應(yīng)力是內(nèi)部平衡的力,隨著載荷壓力的不斷增加,高應(yīng)力區(qū)則先達到屈服區(qū)而進入塑性狀態(tài)。隨后新增加的載荷壓力由未達到屈服點的彈性區(qū)承擔(dān),鋼管的塑性區(qū)不斷擴大,直到全截面壓力達到屈服點。鋼管的承載力與沒有殘余應(yīng)力時的承載能力基本相同。

纖維增強聚合物(frp)不僅可以用于砼構(gòu)件的加固,還可以取代鋼筋做成frp筋砼結(jié)構(gòu)。這種frp筋砼的截面分析與鋼筋砼截面相類似,但又不盡相同。結(jié)合實例提出一套計算frp砼梁的抗彎承載能力的方法,具有一定的參考價值。

針對某梁在施工過程中在墩頂箱梁底板受壓區(qū)發(fā)現(xiàn)有較大的裂縫等缺陷,采用靜力荷載試驗的方法分析缺陷對橋梁承載能力的影響。荷載試驗結(jié)果表明,開裂區(qū)域混凝土已經(jīng)部分退出工作,裂縫所在截面抗彎承載能力已經(jīng)明顯削弱。

就h形斷面鋼柱在循環(huán)荷載作用下,對危險點處的應(yīng)變累積史及整體承載力進行了全過程試驗分析,獲得了幾個重要狀態(tài)下的應(yīng)變累積值,為鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計及選擇理論計算模型提供了有價值的參考資料.同時還解決了交變性大應(yīng)變的測試方法.

研究了大規(guī)格h型鋼產(chǎn)品矯后出現(xiàn)腹板波浪以及切割過程中出現(xiàn)腹板開裂的原因。采用有限元數(shù)值分析和現(xiàn)場測試相結(jié)合的方法,分析了h型鋼空冷至矯直溫度時殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。結(jié)果表明,現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件下,型鋼冷卻至矯直溫度(80℃)時,腹板上存在著較大的壓應(yīng)力,致使發(fā)生腹板波浪。在腹板和r角的交接部位,殘余應(yīng)力分布極為不均,由壓應(yīng)力向拉應(yīng)力突變,是導(dǎo)致產(chǎn)品切割開裂的主要原因之一。