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關注創建者:dyna護欄 創建時間:2020-07-29

整橋的實例教程
基于LS-DYNA雙塔懸索橋吊纜斷裂引起整橋坍塌傾覆動力學仿真
葉小軍
摘 要:懸索橋的主纜通過索塔固于兩端,對主梁施加巨大的水平分力,如果支撐主梁的吊索發生斷裂,可能導致主梁破壞,進而導致橋梁整體垮塌。隨著使用時間的增長,吊索因腐蝕而承載力降低,可能發生突然斷裂,使結構發生劇烈振動,導致結構內力變化較大,危及橋梁安全。
關鍵詞: 懸索橋 吊纜斷裂 傾覆
一、仿真背景
本仿真以一座主跨750米的混凝土雙塔懸索橋為研究背景,利用動力分析方法,采用空間有限元模型,研究了單側少量吊索突然斷裂對結構受力的影響。仿真表明:懸索橋吊索斷裂對相鄰吊索的拉力、主梁豎向彎矩、主梁扭矩、索塔順橋向彎矩、支座反力影響很大。單側相鄰三根吊索相繼斷裂,會使相鄰其他吊索的拉力達到初始拉力的3.0倍以上,如果設計采用的吊索安全系數較低,或吊索出現普遍腐蝕,單側相鄰三根吊索斷裂會導致橋梁整體垮塌。
二、前處理
1、單元特性
使用了三維桿單元(LINKl60)、三維梁單元(BEAMl61),可在單元中施加預應力。
2、材料特性
LS-DYNA程序中有200多種不同的材料模型,可用來模擬各類實際的工程材料,本仿真主要用混凝土和JH材料,并考慮材料的失效。
3、建模型
全橋模型構件多,過程復雜,主要考慮運用APDL建模
4、網格劃分
分主纜、吊纜、橋塔,桁架等部分,共30個PART。
展開 11月15日,隨著兩臺纜載吊機將長36米、寬 32.5米、高10米的鋼梁提升到指定高度,由中鐵大橋院設計、中鐵大橋局施工的武漢楊泗港長江大橋主跨首個整節鋼梁架設成功,這標志著世界最大跨度雙層公路懸索橋建設取得突破性進展。
一段視頻欣賞大橋架梁時的壯觀景象
大橋鋼梁將由跨中向兩側對稱架設,最后在兩側合龍。楊泗港長江大橋主梁為全焊接鋼桁梁結構,采用整體節段進行吊裝。雙層公路的節段鋼梁在工廠通過焊接拼裝成一個整體節段后,由船舶運輸至施工現場,再使用纜載吊機進行提升安裝。
此次吊裝的鋼梁節段重達1000噸,相當于約200頭成年大象的重量。懸索橋“千噸級”鋼梁的整體安裝在國內尚屬首次。
為確保“千噸級”鋼梁的順利架設,中鐵大橋局研制了國內起重能力最大的纜載吊機——LZD900型纜載吊機,全橋鋼梁將采用4臺纜載吊機進行吊裝,每臺纜載吊機起重能力為900噸。纜載吊機自重約300噸,需在240米的高空分三段進行拼裝,吊機自重大,高空安裝難度大、精度要求高。
在鋼梁的提升過程中,中鐵大橋局對鋼梁的位移和提升拉力進行了監測,并實時進行調整,以保證鋼梁平穩安全地提升。鋼梁安裝過程中空中對接難度很大,對線型要求非常高。為保證鋼梁之間的精確連接,每個節段鋼梁之間的連接需采用4個連接件。
展開 11月28日
一座剛剛建成通車的大橋
刷爆網絡
廣西柳州官塘大橋
大橋橫跨柳江
水中不設橋墩
跨度達457米
整橋主線全長1155.5米
橋面由148根吊索與上方的兩條拱座相連
是世界最大跨度的有推力提籃式鋼箱拱橋
施工單位:中鐵上海工程局
?圖片來源:新華社官網
大橋通車時遇上了
柳州出名的自然美景之一平流霧
江上霧氣彌漫
霧鎖大橋有如仙境
官塘大橋跨柳江鏈接東西兩岸
在朝陽的映襯下
大橋更像是融入自然的美景
在霧氣中若影若現的輪廓
更顯它的宏偉壯觀
?圖片來源:新華社官網
官塘大橋位于廣西柳州市柳東新區,是柳州市第21座跨江大橋,規劃為一座城市快速路大橋,設計時速達80公里/小時,設雙向6車道,跨徑457米,主橋為中承式鋼箱拱橋,結構體系為有推力提籃式拱橋。
大橋建成后將成為世界第一大跨度有推力鋼箱拱橋、世界第九大跨度鋼箱拱橋。
官塘大橋主橋一跨過江,因其巨大的鋼拱肋形似彎月,因此也被稱作“柳江新月”。官塘大橋主橋跨度達457米,整橋主線全長1155.5米,橋面由148根吊索與上方的兩條拱座相連。為滿足河道通航需要,水中未設橋墩,其橋梁的承重全部集中于兩岸的拱座上,每個拱座要分別承受高達17500噸的水平推力,約等于目前世界上最大型火箭升空所需要的起飛推力的5倍。大橋的特殊設計使建設難度大大增加。
展開 模型中的腹板
腹板俯視圖
腹板展開圖
三、批量化出圖
因為整座橋梁的圖紙較多,在橫坡不變的情況下,每跨的圖紙大概有50多張,若考慮超高變化的部分橋梁,整座橋的圖紙多達1000張左右,如此龐大數量的圖紙若挨個進行手工出圖是非常繁瑣與不經濟的。借助于CATIA的知識工程模塊不僅可以對橋梁進行批量化的建模,而且還可以批量化的生成大部分圖紙,圖紙中的標注、編號等信息都可以自適應的變化,減少了設計人員的工作,提高了生產效率。
整橋模型
軟件界面的出圖
四、模型中尺寸的提取
BIM是Building Information Modeling的縮寫,即建筑信息模型,在該模型中包含了該建筑結構的信息。這些信息的是用于指導工程實踐的,這樣才能體現BIM的價值。對于該橋梁而已,需要提取各個板件的尺寸信息,用于板件的采購與加工,最后在現場拼裝成整個橋梁結構。在CAITA軟件中,可以通過編寫相應的程序來提取出需要的尺寸信息。
展開 研究背景及意義
懸索橋作為大跨度橋梁結構最適當的形式,由于其美觀的外形,合理的受力,便捷的施工,在超1000m跨徑的橋梁結構中,懸索橋幾乎是唯一可選用的橋型,在工程橋梁中占據很重要的地位。懸索橋是一種很復雜的橋梁形式,在懸索橋的強度設計中,材料、形狀、尺寸、詳細結構等必須最后被確定,這些參數的確定,過去主要靠設計人員的經驗及參考已有的設計實例,設計是否最優,缺乏理論上的根據。而現在基于SiPESC.OPT對懸索橋結構進行優化設計
算例演示
以某懸索橋為例,該懸索橋的初始模型如下圖1,進行優化設計。
首先是初步優化,之后進行精確優化。
初步優化我們選取吊桿間距a、邊跨長度L1、吊桿個數作為設計變量,由于中跨長度不變,所以吊桿間距a、邊跨長度L1又由邊跨吊桿個數n,半中跨吊桿個數m相關,因此初步優化選取m、n作為設計變量,在滿足幾何、應力、變形約束的前提下,以整橋造價最經濟為目標。
展開 
整橋的最新內容
評價整橋振動結果如圖3所示。
圖3 動橋振動時域圖
根據圖3測試數據可知,在油溫40℃下,車橋A的沖擊能量為1.36g;車橋B的沖擊能量約2.10g。
3.2 不同溫度下撞響聲對比
測試工況同小節1,對比油溫40℃及70℃時,車橋主減速器齒面切換時撞擊振動能量,測試數據如圖4所示。
橋梁的下部結構,橋墩、橋臺等的形式選取與整橋設計相統一,也要滿足安全、適用、耐久、經濟、美觀等要求。另外,橋梁墩臺結構形式的選取與現場的使用環境息息相關,同時,橋梁墩臺還會經常性的受到各種動力荷載的作用,這對保證橋梁結構安全耐久提出更高的要求。
圖12 雙輪并裝驅動橋方案
圖13為所開發的電動輪與當前已發布的產品級電動輪的對比,可見采用新構型+匹配優化+油冷的設計方案取得了更高的驅動轉矩與更輕的單橋質量,當前整橋質量已和傳統集中驅動相當,有效解決了簧下質量問題。考慮到上述基于電動輪的分布式電驅動系統的直驅優勢,系統的驅動效率比集中驅動還能進一步提升近10%,使其在性能和成本上均具有優勢。
這種橋主索懸帶是主受力構件,整橋的豎向荷載由預應力索承擔,也充分發揮了鋼材的抗拉能力;橋面梁板結構既用于通車,又作為受壓構件平衡拱的水平力,也充分發揮了混凝土的抗壓能力;中間的主柱排架作為次結構,以減少跨度——整個結構自身錨固平衡,所有材料無一點浪費。
他的優點是什么呢?這里把它和拱橋相對比。
橋梁的整橋靜力分析、動力學分析、抗震分析以及車——橋耦合動力學分析也是需要考慮的重點。
武漢大學土木建筑工程學院利用ANSYS對某大跨度鋼結構拱橋進行強度和屈曲仿真分析的有限元模型和軸力計算結果。經過計算分析,發現某些桿件(紅顏色桿件)不滿足設計要求,需要重新設計。
基于LS-DYNA雙塔懸索橋吊纜斷裂引起整橋坍塌傾覆動力學仿真
葉小軍
摘 要:懸索橋的主纜通過索塔固于兩端,對主梁施加巨大的水平分力,如果支撐主梁的吊索發生斷裂,可能導致主梁破壞,進而導致橋梁整體垮塌。
四、結果:優化后整座橋的質量原原設計的27.5%(橋面未參與優化,仍計算重量),變形由1.73e-7增大到3.136e-7。
初步優化我們選取吊桿間距a、邊跨長度L1、吊桿個數作為設計變量,由于中跨長度不變,所以吊桿間距a、邊跨長度L1又由邊跨吊桿個數n,半中跨吊桿個數m相關,因此初步優化選取m、n作為設計變量,在滿足幾何、應力、變形約束的前提下,以整橋造價最經濟為目標。
整橋模型
軟件界面的出圖
四、模型中尺寸的提取
BIM是Building Information Modeling的縮寫,即建筑信息模型,在該模型中包含了該建筑結構的信息。這些信息的是用于指導工程實踐的,這樣才能體現BIM的價值。
橋梁的整橋靜力分析、動力學分析、抗震分析以及車——橋耦合動力學分析也是需要考慮的重點。
武漢大學土木建筑工程學院利用ANSYS對某大跨度鋼結構拱橋進行強度和屈曲仿真分析的有限元模型和軸力計算結果。經過計算分析,發現某些桿件(紅顏色桿件)不滿足設計要求,需要重新設計。