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橋梁三維預應力空間分析系統(BridgeKF1.0)

   2006-06-14 網友推薦 未知 7800
眾所周知,連續剛構橋的計算多年來一直停留在平面分析上,即使做作空間分析也是局部作,如零號塊空間分析、錨下局部應力分析等,極少作全結構仿真分析。對于連續剛構橋,結構計算采用平面分析加局部空間分析設計上基本夠用,但對于預應力計算,豎向預應力不能和縱向預應力整體計算,一直是缺陷。目前已建成的一些大跨徑連續剛構橋中出現了裂縫,別的原因姑且不論,結構整體預應力效應分析不夠肯定是原因之一。近幾年開始出現彎連續剛構橋,其計算問題尤其是三向預應力計算更沒有很好地解決。
  BridgeKF系統正是在這種背景下立項開發研制的,它是交通部跨世紀人才項目“連續剛構橋預應力仿真分析系統的研究”的科研成果。BridgeKF系統的成功開發彌補了目前國內三向預應力計算分析的空白,意義較大。應用BridgeKF系統分析連續剛構橋,認識會更加深刻,很多問題的解決不必停留在經驗上,而是通過實實在在的數據分析上。尤其對曲線連續剛構的分析,BridgeKF系統更是提供了有利的計算工具。
  BridgeKF系統(如圖)是一個有限元綜合分析系統。它的核心單元采用空間8節點實體單元,可以有效地模擬各種復雜結構,如空心板、 T梁、箱梁及橫隔板、加腋部分;如三叉結構、錨碇等。BridgeKF系統的特點是專業性強,尤其是結構預應力分析,無論建模還是計算均能體現橋梁結構的特殊要求,如預應力與結構耦合作用機理,比現有程序、系統的處理方法更接近于實際情況。應該說,結構預應力(三向)分析是BridgeKF系統的主要特點,是該項目的主要創新之處。此外,實體單元可以分階段計算預應力也是BridgeKF系統的特色。


  BridgeKF系統的建模目前以梁式橋為主,其建模基本思想是首先建立結構定位線,然后選擇橫斷面模板類型或自行繪制橫斷面,經過計算即可形成所需計算模型。BridgeKF系統對常見彎坡斜和閉合橋梁結構都能較快地生成計算模型,尤其是連續剛構建模更為方便。利用系統中截面過渡功能,選擇 n次拋物線過渡可以一次性修改連續剛構縱向底板線形。此外利用系統中直線+緩和曲線+圓曲線+緩和曲線+直線功能可以方便地建立橋梁平曲線定位線。除結構建模外,預應力建模也很重要。在這方面,BridgeKF系統同樣出色。總之與國際上通用程序相比,BridgeKF系統建模更專業、更方便。
  過去結構采用空間8節點實體單元計算,最大的問題是計算時間過長,輸出數據龐大難以處理。現在,計算機性能無論速度還是容量都較從前有較大改善,而且隨著發展會越來越好。就目前計算機性能來看,在奔騰 2.3GHZ的微機上,計算2400個節點、1400個單元、分8個階段、16根預應力的結構僅用時間二十幾秒。計算2萬節點的題目也就二十幾分鐘。從BridgeKF系統的驗證情況看,完全適用于實際橋梁結構的計算。
  BridgeKF系統主要功能如下:
  1.利用系統中Group模型計算分析橋梁預應力和鋼筋混凝土結構。結構形式可以是彎、坡、斜或彎坡斜組合結構,如斜彎橋等。橋梁平曲線線形包括公路線形中的所有形式,如圓曲線、緩和曲線和復曲線。
  2.利用系統中網格模型計算分析橋梁中異形塊,如三叉結構或不能用一根定位線定位的結構。網格模型解決的是特殊問題,其建模比Group模型相對要復雜。由于同樣可以計算預應力,網格模型有應用價值。
  3.橋梁計算的截面形式不受限制。即可以是等截面也可以是變截面。變截面包括直線變化和n次拋物線變化(自動形成)。系統形成截面有兩種方法:⑴通過繪圖工具繪制;⑵通過模板形成。模板中橫斷面形式包括箱、 T、空心板等常見結構形式。
  4.在計算結構中可以添加橫隔板、橋墩、系梁。橫隔板針對箱、 T梁結構;橋墩、系梁針對連續剛構。利用橫隔板功能可以模擬箱梁上下齒板結構。橋墩結構分實心、空心兩種。如有橋墩,在上部結構建模時應考慮其位置。
  5.計算結構中任意方向預應力。施加預應力時可以按縱、橫、豎三個方向,也可以縱橫豎三個方向組合。對梁式結構的預應力計算,特別是連續剛構三向預應力計算較為方便。預應力輸入方法為導線點法和G1線法。
  6.利用空間實體單元模擬橋梁施工過程,如先簡支后連續施工方法或懸臂施工方法等。在分階段模擬過程中,外力、溫度、預應力等均可以分階段上。
  7.在計算中程序考慮了如下荷載:⑴體系調整;⑵張拉預應力鋼束;⑶結構自重;⑷集中力;⑸分布力;⑹強迫位移;⑺溫度;⑻收縮徐變。其中,溫度、收縮徐變均同樣按空間結構計算,且收縮徐變對預應力損失自動計算。
  8.系統前處理建模主要功能:⑴繪圖部分:繪直線、圓曲線、拋物線和懸鏈線;⑵自動求結構交點;⑶openGL三維圖形顯示;⑷分階段、分截面、分截面體顯示結構;⑸圖形加外力、位移、溫度等;
  9.系統后處理主要功能:⑴橫斷面顯示截面應力、位移;⑵結構縱向點顯示截面應力、位移;⑶結構內力、應力、位移最大、最小值。
  目前BridgeKF系統的開發已經完成。BridgeKF系統經過驗證和適用,穩定可靠。



 
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