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大型混凝土结构仿真分析

【摘要】:由于预应力混凝土结构和钢筋混凝土结构的复杂性,采用过多简化的结构分析会给计算结果带来较大的误差[7]。一般可用大型商用程序为核心,再进行必要的二次开发,实现全结构仿真分析。因为这些大型商用程序单元库全面、材料类型丰富、图形用户界面便捷,可以胜任大型结构的仿真分析任务。

由于预应力混凝土结构和钢筋混凝土结构的复杂性,采用过多简化的结构分析会给计算结果带来较大的误差[7]。随着计算机技术的发展,可根据不同的目的和要求,建立多层次的力学分析模型,准确地模拟实际结构的力学行为,为监测内容和测点布置提供可靠的理论基础和科学的技术数据。全结构仿真分析针对结构性质和分析目的,建立完整、统一的整座桥梁结构分析体系,在该体系下构造整个结构所有承载构件的组合力学模型。该模型可准确模拟构件的空间位置、尺寸、材料特性、连接形式、荷载作用、初始内力和初始变形等,在此基础上进行大规模的全结构效应分析计算,由此得到更加详尽、精确和可靠的分析结果。全结构仿真分析与传统结构分析计算的主要区别有如下六个方面:

1)力学模型全结构仿真分析采用统一结构分析体系的力学模型,由此区别于划分体系、层次、平面或构件,先分别计算,再进行叠加组合传统计算。通常建立力学模型,采用合适的单元类型和材料特性。

2)全结构仿真分析力学模型能精确模拟结构的实际连接,由此区别于传统计算因线单元节点连接而不能考虑连接的真实构成。

3)对于传统的模拟计算,构件常常不能考虑如箱形结构的隔板纵向隔板和横向隔板、加劲肋等构件,难以考虑二次效应影响包括横截面畸变、局部屈曲和剪力滞后等,而全结构仿真分析则能够真实模拟所有这些受力部件,较好地解决这一问题。

4)加载模型全结构仿真分析无需用简化荷载模型,而可以采用包括模拟桥面车轮荷载在内的准确加载模型,由此可以用于结构的准确计算和验算。

5)材料特性全结构仿真分析可考虑材料的非线性性质,可进行几何非线性、材料非线性和双非线性分析,以区别于传统的弹性分析方法。尤其是混凝土结构,可采用现场实测的混凝土本构关系和收缩徐变规律,也可采用来源于大量实测的本构关系和收缩徐变规律等。

6)分析计算全结构仿真分析模型详尽、复杂、计算工作量浩大、计算软硬件要求高。一般可用大型商用程序为核心,再进行必要的二次开发,实现全结构仿真分析。因为这些大型商用程序单元库全面、材料类型丰富、图形用户界面便捷,可以胜任大型结构的仿真分析任务。全结构仿真分析技术较传统的桥梁分析计算有实质性的提高,可以应用到设计方案、结构计算分析、施工过程模拟、准确计算承载能力、甚至部分替代小比尺桥梁模型试验,等等。综合利用仿真分析的结果,可充分掌握结构的各种力学性能,以便研究和确定监测内容以及传感器的布置等。