动力学作业设计Word文档下载推荐.docx
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陈星烨
日期:
2014年11月
设计一:
折子型钢架屈曲稳定分析
(一)设计要求
设计模型:
折字形钢架。
图2-1设计示意图
(1)长细比自拟(50、60、70);
(2)考虑初始缺陷;
(3)P分级加载,画出平衡路径。
(二)设计分析
1、长细比为50,具体尺寸如下图所示:
图2-2设计采用结构图
2、考虑初始缺陷(划分为20个单元,足够精确):
本计算立柱缺陷分别考虑三种设计:
a、施加#W+方向缺陷,b、不施加缺陷,C、施加#W-方向缺陷。
(1)首先利用Midas软件计算出刚架的理论临界荷载值及变形曲线,在结构点上施加1N利用Midas屈曲分析得到理论临界荷载值Pcr=462320.5N,取前面五阶特征值如下:
表2-1屈曲临界特征值(N)
模态
特征值
容许误差
1
462320.5
0.00E+00
2
1482799
3
3123355
4
5387139
5
8260887
图2-3Midas计算一阶屈曲模态图
(2)施加#W+方向缺陷,将略大于Midas计算出来的刚架理论临界荷载值施加到结构点上去,荷载值为500000N,荷载布采用200步施加,分别采用不同的数据点(2000、5000、10000)拟合荷载位移路径图。
图2-4采用2000个数据点的ANSYS荷载位移曲线图(极限临界荷载:
0.4305E+06N)
图2-5对应上图最后荷载步屈曲形状图(x方向位移为2.83m)
图2-6采用5000个数据点得到的荷载位移曲线
图2-7对应上图数据点最后荷载步屈曲形状图(x方向最大位移3.202m)
图2-8对应10000数据点ANSYS计算荷载位移曲线图
图2-9对应上图数据点最后荷载步屈曲形状图(x方向最大位移2.742m)
从上图可知,当荷载超过临界荷载时,荷载位移曲线呈下降趋势,AB立柱中间向X方向位移不断增大,所需临界荷载不断减小(结构刚度不断减小),当位移增大到一定程度时,荷载位移曲线呈上升趋势,AB柱x方向的位移开始减小,BC柱竖向位移逐渐增大,结构刚度增大,即下降段的V形折角处存在刚度突变。
(3)不是加任何缺陷,临界荷载分两种情况施加:
施加470000N,得到分支点失稳临界值(欧拉临界值);
施加800000N得到直线段。
图2-10无缺陷理想柱荷载位移曲线图(临界荷载值:
0.4619E+06N)
图2-11无缺陷理想柱荷载位移曲线图
(4)施加#W-缺陷,分别施加470000N、600000N、1000000N的力进行研究。
为了便于图片观看,将位移方向反向。
图2-12对应470000N的荷载位移曲线图(位移方向反向)
图2-13屈曲模态图
图2-14施加600000N的力的荷载位移图(位移方向反向)
图2-15施加1000000N的力的荷载位移曲线图(临界荷载值:
0.7955E+06N)
图2-16荷载位移曲线图
图2-17后屈曲变形图
图2-18后屈曲变形图
从上述图中可以看出,当荷载超过理论欧拉临界荷载时,结构还能够继续承受荷载。
当荷载超过极限荷载时,结构的刚度下降,当结构水平和竖向位移达到一定程度时,存在结构刚度的跳跃。
结构可以继续承受外荷载的作用。
(三)总结
综上,从Midas计算结果和ANSYS的三种缺陷设计的理论计算结果可以看出,Midas计算的一阶理论屈曲荷载值(462320.5N)和ANSYS无缺陷的理论屈曲荷载值(0.4619E+06N)误差非常小,进一步证明模型计算的正确性。
对于ANSYS计算缺陷为#W+、0、#W-的结果可以看出,缺陷为#W+屈曲后荷载位移曲线呈下降趋势,当下降到一定程度,荷载曲线回升;
无缺陷(0)为分支点失稳,当失稳后朝着W+方向失稳;
缺陷为#W-,屈曲后荷载位移曲线一直呈上升趋势,屈曲后能够继续承受荷载。
可知Pcr(#W-)>
Pcr(0)>
Pcr(#W+)。
总结可知对于梁制作误差尽可能的使朝内偏心受压,使梁产生朝外弯矩或者变形,误差偏心朝内。
设计二:
三跨连续梁桥抗震反应谱分析
(一)模型概况
本模型上部结构采用18+32+18m等截面预应力混凝土连续箱梁主梁,梁高2.2m,梁宽14.1m,连续梁采用单箱双室结构,悬臂长2.25m,悬臂板端部厚0.18m,根部厚0.5m,箱梁顶板厚度0.28m,底板厚度0.35m,腹板厚度0.45~0.85m。
连续箱梁在中跨跨中设置30cm厚中横隔板,中横梁厚度为180cm,端横梁厚度为120cm,中横隔梁、端横隔梁均按普通钢筋混凝土构件设计。
依据《公路桥梁抗震设计细则》,确定其桥梁类型为A类桥梁,所在分区特征周期为0.35s,施工地点现场土质为中软土,土层剪切波速为250≤Vs≤140,从而确定场地类型为Ⅰ类,由《中国地震动峰值加速度区划图》中可知该地区的加速度峰值为0.10g,即设防烈度为7度。
抗震规范E1,阻尼比0.05,采用反应谱法计算。
采用Midas/civil空间有限元计算,全桥共建立42个节点,41个单元。
其模型如下图所示:
图1-1三跨连续梁桥模型
(二)桥梁模型的建立与分析
1.材料的选择
依次定义材料和截面,建立结构组,施加边界条件,布置预应力钢束并张拉。
主梁采用C50高强混凝土,墩身、承台、基桩采用C30混凝土。
结构模型选择为三维模型。
2.反应谱数据输入
依次输入相关数据,如下所示:
图1-2反应谱数据输入
因地震基本烈度为Ⅶ度,按Ⅷ设防,参照抗震规范JTG/TB02-01-2008,可生成反应谱函数如下:
图1-3反应谱函数曲线
3.荷载施加工况
(a)X方向(b)Y方向
图1-4荷载施加工况
运行分析得到其十阶特征值模态与振型参与向量如下图所示:
图1-5十阶特征值模态与振型参与向量图
由上图可知,第十阶模态的振型参与向量X,Y方向达到90%,满足要求。
其一阶二阶模态如下图所示:
a)模态一
b)模态二
图1-6模态图
地震荷载工况组合Ⅰ(LCB1):
100%横向绝对值+30%纵向绝对值;
地震荷载工况组合Ⅱ(LCB1):
30%横向绝对值+100%纵向绝对值。
在以上两荷载工况下梁的最大弯矩:
a)组合Ⅰ
b)组合Ⅱ
图1-7地震荷载工况
由上图可知:
在地震作用下,主梁最大弯矩(4.13×
103kNm)发生在桥墩处。
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