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系杆拱桥拱脚连接结构受力性能分析的多尺度有限元建模方法

周萌 宁晓旭 聂建国

周萌, 宁晓旭, 聂建国. 系杆拱桥拱脚连接结构受力性能分析的多尺度有限元建模方法[J]. 工程力学, 2015, 32(11): 150-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023
引用本文: 周萌, 宁晓旭, 聂建国. 系杆拱桥拱脚连接结构受力性能分析的多尺度有限元建模方法[J]. 工程力学, 2015, 32(11): 150-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023
ZHOU Meng, NING Xiao-xu, NIE Jian-guo. MULTI-SCALE FEA MODELING METHOD FOR MECHANICAL BEHAVIOR ANALYSIS OF ARCH FEET ON TIED ARCH BRIDGES[J]. Engineering Mechanics, 2015, 32(11): 150-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023
Citation: ZHOU Meng, NING Xiao-xu, NIE Jian-guo. MULTI-SCALE FEA MODELING METHOD FOR MECHANICAL BEHAVIOR ANALYSIS OF ARCH FEET ON TIED ARCH BRIDGES[J]. Engineering Mechanics, 2015, 32(11): 150-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023

系杆拱桥拱脚连接结构受力性能分析的多尺度有限元建模方法

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023
基金项目: 国家自然科学基金重点项目(51138007); 国家科技支撑计划项目(2011BAJ09B02); 清华大学自主科研计划项目(2010Z03078)
详细信息
    作者简介:

    周 萌(1991―),男,广东梅县人,博士生,主要从事组合结构方面研究(E-mail: zhoum07@mails.tsinghua.edu.cn); 宁晓旭(1990―),男,安徽阜阳人,助理工程师,工学硕士,主要从事组合结构桥梁方面研究(E-mail: ningxiaoxv@126.com).

    通讯作者: 聂建国(1958―),男,湖南人,教授,工学博士,主要从事组合结构方面研究(E-mail: niejg@mail.tsinghua.edu.cn).

MULTI-SCALE FEA MODELING METHOD FOR MECHANICAL BEHAVIOR ANALYSIS OF ARCH FEET ON TIED ARCH BRIDGES

  • 摘要: 拱脚连接结构是系杆拱桥的关键局部结构,构造复杂且局部边界条件不明确,该文引入多尺度有限元建模方法研究其受力性能与传力特征,针对以往研究中采用传统局部精细有限元方法存在的不足,引入弹性边界的概念,将系杆拱桥整桥通过合理的连接方式统一到拱脚连接结构精细模型中以替代局部精细模型中的刚性边界条件假定,并通过全桥精细有限元进行验证。以大连某钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,基于提出的系杆拱桥拱脚连接结构多尺度有限元建模方法,建立了多尺度模型。同时,根据传统局部精细及全桥精细有限元建模方法,分别建立了局部精细与全桥精细模型作为对比、验证模型。详细的对比研究表明,局部精细模型分析结果受失真区影响较显著,且失真区范围不能通过本模型定量确定,导致传统建模方法科学性降低、计算结果可信度下降,或通过精细有限元试算、全桥精细有限元检验确定失真区范围,带来繁重的精细有限元建模、计算、数据处理工作。应用弹性边界条件,该文提出的拱脚连接结构多尺度有限元建模方法可以较好地模拟局部结构的复杂边界条件,较精确地预测拱脚连接结构的受力行为,且不受失真区影响,计算结果与全桥精细有限元吻合良好。
  • [1] Ren W X, Zhao T, Harik I E. Experimental and analytical modal analysis of steel arch bridge [J]. Journal of Structural Engineering, 2004, 130(7): 1022―1031.
    [2] 肖汝诚, 孙海涛, 贾丽君. 昆山玉峰大桥-首座大跨度无推力斜靠式拱桥的设计研究[J]. 土木工程学报, 2005, 38(1): 78―83. Xiao Rucheng, Sun Haitao, Jia Lijun, et al. Kunshan Yufeng bridge-design of the first long-span leaning-type arch bridge without thrust [J]. China Civil Engineering Journal, 2005, 38(1): 78―83. (in Chinese)
    [3] 曹国辉, 方志, 周先雁. CFRP 吊索钢管混凝土系杆拱桥模型试验研究[J]. 土木工程学报, 2006, 39(12): 73―78. Cao Guohui, Fang Zhi, Zhou Xianyan. Experimental study on concrete-filled steel tube tied-arch bridge with CFRP hangers [J]. China Civil Engineering Journal, 2006, 39(12): 73―78. (in Chinese)
    [4] 刘爱荣, 张俊平, 赵新生. 中山一桥模型试验及理论分析[J]. 中国公路学报, 2005, 18(3): 75―79. Liu Airong, Zhang Junping, Zhao Xinsheng, et al. Model test of the first Zhongshan Bridge and theoretical analysis [J]. China Journal of Highway and Transport, 2005, 18(3): 75―79. (in Chinese)
    [5] 陈宝春, 陈友杰, 刘玉擎. 钢管与钢管混凝土复合拱桥[J]. 桥梁建设, 2001, 31(1): 17―20. Chen Baochun, Chen Youjie, Liu Yuqing. Hybrid arch bridge of steel tube and concrete-filled tube [J]. Bridge Construction, 2001, 31(1): 17―20. (in Chinese)
    [6] 罗甲生, 李跃, 王建辉, 汪志昊, 陈政清. 大跨度拱桥边拱钢拱肋与刚性系杆连接区域试验研究[J]. 桥梁建设, 2007, 37(1): 39―42. Luo Jiasheng, Li Yue, Wang Jianhui, Wang Zhihao, Chen Zhengqing. Test study of connection area between side steel arch rib and rigid tie member of long-span arch bridge [J]. Bridge Construction, 2007, 37(1): 39―42. (in Chinese)
    [7] Nie Jianguo, Zhou Meng, Wang Yuhang, Fan Jiansheng, Tao Muxuan. Research on cable anchorage system modeling methods for self-anchored suspension bridges with steel box girders [J]. ASCE Journal of Bridge Engineering, 2014, 19(2): 172―185.
    [8] Bai Yilong, Wang Haiying, Xia Mengfen, Ke Fujiu. Statistical mesomechanics of solid, linking coupled multiple space and time scales [J]. Applied Mechanics Review, 2005, 157(11/12): 2165―2182.
    [9] 李兆霞, 孙正华, 郭力, 陈鸿天, 余洋. 结构损伤一致多尺度模拟和分析方法[J]. 东南大学学报(自然科学版), 2007, 37(2): 251―260. Li Zhaoxia, Sun Zhenghua, Guo Li, Chen Hongtian, Yu Yang. Concurrent multi-scale modeling of structures and damage analysis [J]. Journal of Southeast University (Natural Science Edition), 2007, 37(2): 251―260. (in Chinese)
    [10] 吴佰建, 李兆霞, 汤可可. 大型土木结构多尺度模拟与损伤分析-从材料多尺度力学到结构多尺度[J]. 力学进展, 2007, 37(3): 321―336. Wu Baijian, Li Zhaoxia, Tang Keke. Multi-scale modeling and damage analysis of large civil structure- multi-scale mechanics from material to structure [J]. Advances in Mechanics, 2007, 37(3): 321―336. (in Chinese)
    [11] 陈志文, 李兆霞, 卫志勇. 土木结构损伤多尺度并发计算方法及其应用[J]. 工程力学, 2012, 29(10): 205―210. Chen Zhiwen, Li Zhaoxia, Wei Zhiyong. Concurrent multi-scale computational method for damage analysis of civil structures [J]. Engineering Mechanics, 2012, 29(10): 205―210. (in Chinese)
    [12] 石永久, 王萌, 王元清. 基于多尺度模型的钢框架抗震性能分析[J]. 工程力学, 2011, 28(12): 20―26. Shi Yongjiu, Wang Meng, Wang Yuanqing. Seismic behavior analysis of steel frame by multi-scale calculation method [J]. Engineering Mechanics, 2011, 28(12): 20―26. (in Chinese)
    [13] 杜修力, 金浏. 基于随机多尺度力学模型的混凝土力学特性研究[J]. 工程力学, 2011, 28(增刊1): 151―155. Du Xiuli, Jin Liu. Mechanical property research on concrete based on random multi-scale mechanical model [J]. Engineering Mechanics, 2011, 28(Suppl 1): 151―155. (in Chinese)
    [14] 王光谦, 孙其诚. 颗粒物质及其多尺度结构统计规律[J]. 工程力学, 2009, 26(增刊2): 1―7. Wang Guangqian, Sun Qicheng. Granular matter and the scaling laws [J]. Engineering Mechanics, 2009, 26(Suppl 2): 1―7. (in Chinese)
    [15] 刘晶波, 王振宇, 杜修力, 杜义欣. 波动问题中的三维时域粘弹性人工边界[J]. 工程力学, 2005, 22(6): 46―51. Liu Jingbo, Wang Zhenyu, Du Xiuli, Du Yixin. Three-dimensional visco-elastic artificial boundaries in time domain for wave motion problems [J]. Engineering Mechanics, 2005, 22(6): 46―51. (in Chinese)
    [16] 聂建国, 周萌, 姬同庚, 樊健生, 王宇航, 王宏博. 基于多尺度模型的自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能研究[J]. 土木工程学报, 2014, 47(6): 57―69. Nie Jianguo, Zhou Meng, Ji Tonggeng, Fan Jiansheng, Wang Yuhang, Wang Hongbo. Study on behaviors of cable anchorage zone of self-anchored suspension bridges with steel box girders based on the multi-scale modeling method [J]. China Civil Engineering Journal, 2014, 47(6): 57―69. (in Chinese)
    [17] 周萌, 聂建国. 自锚式悬索桥主缆锚固区多尺度建模方法[J]. 桥梁建设, 2014, 44(1): 11―17. Zhou Meng, Nie Jianguo. A new numerical approach for study on behaviors of the cable anchorage system of self-anchored suspension bridges with steel box girders based on multi-scale method [J]. Bridge Construction, 2014, 44(1): 11―17. (in Chinese)
    [18] Morcous G, Hanna K, Deng Y, Tadros M K. Concrete-filled steel tubular tied arch bridge system: Application to columbus viaduct [J]. Journal of Bridge Engineering, 2010, 17(1): 107―116.
    [19] Mabsout M E, Tarhini K M, Frederick G R, Tayar C. Finite-element analysis of steel girder highway bridges [J]. Journal of Bridge Engineering, 1997, 2(3): 83―87.
    [20] 苏庆田, 李杰, 董冰. 钢主梁拱桥组合桥面系力学性能分析[J]. 工程力学, 2012, 29(增刊1): 1―7. Su Qingtian, Li Jie, Dong Bing. Mechanical behavior analysis of composite deck floor of arch bridge with steel girder [J]. Engineering Mechanics, 2012, 29(Suppl 1): 1―7. (in Chinese)
    [21] 董冰, 苏庆田, 黎丁实, 刘元炜. 宽箱梁钢拱桥受力分析方法研究[J]. 桥梁建设, 2013, 43(2): 70―75. Dong Bing, Su Qingtian, Li Dingshi, Liu Yuanwei. Study of analysis methods for mechanical behavior of steel arch bridge with wide box girder [J]. Bridge Construction, 2013, 43(2): 70―75. (in Chinese)
  • [1] 金俊超, 佘成学, 尚朋阳.  基于Hoek-Brown准则的应变软化模型有限元数值实现研究 . 工程力学, 2020, 37(1): 43-52. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0035
    [2] 陈宇, 李忠献, 李宁.  钢筋混凝土柱地震破坏分析的多尺度建模方法 . 工程力学, 2016, 33(6): 46-53. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0801
    [3] 周晓敏, 管华栋.  磁西矿千米深井不均匀原岩应力场有限元模型研究 . 工程力学, 2016, 33(增刊): 306-311. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.S039
    [4] 汪楚清, 王虎长, 李亮, 赵雪灵, 孙清.  大跨越输电钢管塔结构多尺度有限元分析 . 工程力学, 2013, 30(7): 147-152,166. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0189
    [5] 陈志英, 刘林强, 董湘怀.  基于不同强化模型的GTN损伤模型及其在板料回弹有限元分析中的应用 . 工程力学, 2012, 29(7): 305-312. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0891
    [6] 李新生, 项贻强.  基于挠度曲线振型函数的系杆拱桥柔性吊杆索力测量公式 . 工程力学, 2010, 27(8): 174-178,.
    [7] 赵兰浩, 李同春, 颜天佑.  虚拟裂缝模型的接触有限元法实现 . 工程力学, 2010, 27(5): 60-067.
    [8] 刘 钊.  基于能量法的系杆拱桥最优吊杆内力的确定 . 工程力学, 2009, 26(8): 168-173.
    [9] 司炳君, 孙治国, 艾庆华, 王东升.  钢筋混凝土桥墩滞回性能的有限元参数敏感性分析及模型改进 . 工程力学, 2009, 26(1): 174-180,.
    [10] 王 浩, 王付全, 李爱群, 韩晓林, 郭 彤.  大跨度缆索支撑桥梁分阶段有限元模型修正 . 工程力学, 2009, 26(10): 111-116.
    [11] 王晓峰, 杨庆山.  空间薄壁截面梁的材料非线性有限元模型 . 工程力学, 2009, 26(8): 138-142.
    [12] 陈 瑛, 乔丕忠, 姜弘道, 任青文.  FRP-混凝土三点受弯梁损伤粘结模型有限元分析 . 工程力学, 2008, 25(3): 0-125,.
    [13] 丁幼亮, 李爱群, 缪长青.  大跨斜拉桥扁平钢箱梁的多尺度损伤分析研究 . 工程力学, 2007, 24(7): 0-103,.
    [14] 吴庆雄, 陈宝春, 韦建刚.  三维杆系结构的几何非线性有限元分析 . 工程力学, 2007, 24(12): 0-024,.
    [15] 李学军, 沈意平, 王裕清, 刘德顺.  大型多支承回转窑支承结构的接触有限元分析 . 工程力学, 2006, 23(9): 109-113.
    [16] 刘钊, 吕志涛.  有横撑系杆拱桥的侧向稳定承载力 . 工程力学, 2004, 21(3): 21-24,5.
    [17] 刘天云, 刘光廷, 刘颖黎.  无限域波动问题的有限元模型 . 工程力学, 2002, 19(2): 22-25.
    [18] 李卓, 徐秉业.  粘弹性分数阶导数模型的有限元法 . 工程力学, 2001, 18(3): 40-44.
    [19] 陈梦成, 汤任基.  裂纹梁动态响应有限元分析中的线弹簧模型 . 工程力学, 1996, 13(4): 105-113.
    [20] 刘志刚, 王芝秋, 张洪田, 张志华.  广义逆法修正结构有限元动力模型 . 工程力学, 1993, 10(2): 111-116.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-11-05
  • 修回日期:  2015-10-08
  • 刊出日期:  2015-11-25

系杆拱桥拱脚连接结构受力性能分析的多尺度有限元建模方法

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023
    基金项目:  国家自然科学基金重点项目(51138007); 国家科技支撑计划项目(2011BAJ09B02); 清华大学自主科研计划项目(2010Z03078)
    作者简介:

    周 萌(1991―),男,广东梅县人,博士生,主要从事组合结构方面研究(E-mail: zhoum07@mails.tsinghua.edu.cn); 宁晓旭(1990―),男,安徽阜阳人,助理工程师,工学硕士,主要从事组合结构桥梁方面研究(E-mail: ningxiaoxv@126.com).

    通讯作者: 聂建国(1958―),男,湖南人,教授,工学博士,主要从事组合结构方面研究(E-mail: niejg@mail.tsinghua.edu.cn).

摘要: 拱脚连接结构是系杆拱桥的关键局部结构,构造复杂且局部边界条件不明确,该文引入多尺度有限元建模方法研究其受力性能与传力特征,针对以往研究中采用传统局部精细有限元方法存在的不足,引入弹性边界的概念,将系杆拱桥整桥通过合理的连接方式统一到拱脚连接结构精细模型中以替代局部精细模型中的刚性边界条件假定,并通过全桥精细有限元进行验证。以大连某钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,基于提出的系杆拱桥拱脚连接结构多尺度有限元建模方法,建立了多尺度模型。同时,根据传统局部精细及全桥精细有限元建模方法,分别建立了局部精细与全桥精细模型作为对比、验证模型。详细的对比研究表明,局部精细模型分析结果受失真区影响较显著,且失真区范围不能通过本模型定量确定,导致传统建模方法科学性降低、计算结果可信度下降,或通过精细有限元试算、全桥精细有限元检验确定失真区范围,带来繁重的精细有限元建模、计算、数据处理工作。应用弹性边界条件,该文提出的拱脚连接结构多尺度有限元建模方法可以较好地模拟局部结构的复杂边界条件,较精确地预测拱脚连接结构的受力行为,且不受失真区影响,计算结果与全桥精细有限元吻合良好。

English Abstract

周萌, 宁晓旭, 聂建国. 系杆拱桥拱脚连接结构受力性能分析的多尺度有限元建模方法[J]. 工程力学, 2015, 32(11): 150-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023
引用本文: 周萌, 宁晓旭, 聂建国. 系杆拱桥拱脚连接结构受力性能分析的多尺度有限元建模方法[J]. 工程力学, 2015, 32(11): 150-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023
ZHOU Meng, NING Xiao-xu, NIE Jian-guo. MULTI-SCALE FEA MODELING METHOD FOR MECHANICAL BEHAVIOR ANALYSIS OF ARCH FEET ON TIED ARCH BRIDGES[J]. Engineering Mechanics, 2015, 32(11): 150-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023
Citation: ZHOU Meng, NING Xiao-xu, NIE Jian-guo. MULTI-SCALE FEA MODELING METHOD FOR MECHANICAL BEHAVIOR ANALYSIS OF ARCH FEET ON TIED ARCH BRIDGES[J]. Engineering Mechanics, 2015, 32(11): 150-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023
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