midasFEA適用工程范例_02_材料非線性_橋梁冗余度

1、midas FEA Case Study Series材料非線性橋梁冗余度評(píng)價(jià).概要本例題介紹了使用midas FEA對(duì)雙梁橋進(jìn)行冗余（redundancy評(píng)價(jià)的方法。梁橋的冗余是指梁出現(xiàn)比較嚴(yán)重的損傷后上部結(jié)構(gòu)抵抗坍塌的能力。國內(nèi)外 設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)雙梁橋的冗余沒有定量的規(guī)定，只有美國公路合作研究計(jì)劃NCHRP 319(National Cooperative Highway Research PrograntZ 及國內(nèi)外一些論文中提出了 一些定量分析的方法。本例題中通過材料非線性分析，分析了橋梁的極限狀態(tài)與規(guī)范規(guī)定的容許應(yīng) 力相比所具有的剛度和韌性，并針對(duì)雙梁橋中一根主梁已經(jīng)發(fā)生破壞的情況 下

2、對(duì)橋梁的應(yīng)力發(fā)展趨勢(shì)以及橋梁變形趨勢(shì)做了分析。.橋梁信息橋梁幾何信息(1本例題中使用的雙梁橋信息如下：結(jié)構(gòu)形式：三跨連續(xù)雙梁橋橋梁跨度:L = 50.0+57.5+ 50.0 = 157.5 m橋?qū)挘築 = 21.000 m(2主梁間距為11m,橫向聯(lián)系梁間距為4m。材料強(qiáng)度主梁、橫向聯(lián)系梁、縱梁采用 Q370qC,橋面板混凝土抗壓強(qiáng)度為35MPa。.模型本例題對(duì)建模方法僅做簡要介紹，詳細(xì)方法請(qǐng)參照培訓(xùn)例題。建模(1本例題是對(duì)橋梁損傷前后的橋梁冗余進(jìn)行分析，損傷前的模型如下圖所示在邊跨跨中施加了壓力荷載。為了計(jì)算使結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)的荷載(2假設(shè)橋梁損傷發(fā)生在一根主梁的中跨跨中位置，損傷情況是下

3、翼緣板和腹板發(fā)生了撕裂。建模時(shí)將撕裂位置的模型節(jié)點(diǎn)分離，荷載加載在中跨損傷前橋梁-在邊跨跨中加均布荷載損傷前橋梁-在中跨跨中加均布荷載橫截面圖網(wǎng)格劃分大小，先施加了單位均布荷載(大小為1MPa并進(jìn)行了線性靜力分析。確認(rèn)線性分析中發(fā)生的最大應(yīng)力，并與構(gòu)件的容許應(yīng)力和屈服應(yīng)力進(jìn)行比較，預(yù)測使結(jié)構(gòu)達(dá)到極BM狀態(tài)的荷載大小，并重新做非線性分析。材料和截面(1鋼材的非線性模型選用了范梅塞斯(Von Mises本構(gòu)模型，沒有考慮應(yīng)變硬化，假設(shè)材料是完全塑性材料。范梅塞斯模型是使用較為普遍的金屬材料 模型，以剪應(yīng)力oct超過容許值為破壞準(zhǔn)則。輸入方法參見下圖(2混凝土材料采用線性材料。3.3非線性分析中使用

4、的數(shù)值分析方法(1 迭代計(jì)算方法采用了 Newton Raphson Method ,Newton Raphson Method在反復(fù)計(jì)算過程中采用更新的切線剛度，可以使用較少的迭代計(jì)算次數(shù)達(dá) 到收斂。(2使用自動(dòng)調(diào)整荷載步功能，根據(jù)計(jì)算過程中的收斂情況自動(dòng)調(diào)整荷載增量,從而保證計(jì)算收斂。本例題中將損傷前的非線性分析的迭代計(jì)算次數(shù)設(shè)置為 40次初始荷載系數(shù)設(shè) 置為0.4,即將初始荷載增量設(shè)置為總荷載的 40%o損傷后模型的初始荷載系數(shù)設(shè)置 為0.25,收斂條件中荷載范數(shù)設(shè)置為 0.001。.分析結(jié)果通過查看范梅塞斯應(yīng)力分布以及荷載-位移曲線確認(rèn)結(jié)構(gòu)的剛度和韌性的變 化。線性分析結(jié)果首先查看在單

5、位均布荷載(1MPa作用下線性靜力分析的應(yīng)力結(jié)果。如下圖所示，當(dāng)邊跨跨中作用單位均布荷載時(shí)，最大應(yīng)力發(fā)生在內(nèi)部支座位置，應(yīng) 力大小為296.003MPa(Von Mises Stress當(dāng)中跨跨中作用單位均布荷載時(shí)，最大應(yīng)力 同樣發(fā)生在中間支座，大小為285.547MPa。非線性分析時(shí)數(shù)值分析選項(xiàng)范梅塞斯材料本構(gòu)單位均布荷載作用下線彈性應(yīng)力結(jié)果加載位置最大應(yīng)力(MPa容許應(yīng)力(MPa最大/容許屈服應(yīng)力(MPa最大/容許邊跨 296.003 210 1.409 360 0.822中跨 285.547 210 1.400 360 0.793在單位均布荷載1MPa作用下，線性分析結(jié)果的最大應(yīng)力為容許

6、應(yīng)力的1.4倍、屈服應(yīng)力的0.8倍。所以非線性分析中使用的均布荷載最小應(yīng)大于屈服應(yīng)力才能查 看到構(gòu)件屈服后的發(fā)展情況，非線性分析中荷載取6Mpa。非線性分析結(jié)果邊跨加載時(shí)荷載-位移曲線如下。從圖中可看出，在六倍容許應(yīng)力作用下構(gòu)件依然沒有破壞，此時(shí)最大位移在1.3m左右邊跨加載時(shí)中跨加載時(shí)荷載-位移曲線如下。從圖中可看出，在六倍容許應(yīng)力作用下構(gòu)件依 然沒有破壞，此時(shí)最大位移在0.91m左右。中跨加載時(shí)對(duì)有損傷的梁的模型加載時(shí)，如下圖所示在較小荷載作用下產(chǎn)生了較大的位 移。從圖中可看出，在四倍容許應(yīng)力作用下構(gòu)件依然沒有破壞，此時(shí)最大位移在 2.30m左右。.結(jié)論(1從圖中可以看出沒有損傷的雙梁橋的應(yīng)力達(dá)到4.2倍容許應(yīng)力時(shí)依然處于彈性狀態(tài)，可以推測發(fā)生6.5倍容許應(yīng)力時(shí)結(jié)構(gòu)依然安全，即發(fā)生規(guī)范中規(guī)定的容許應(yīng) 力后依然有發(fā)展到6.5倍容許應(yīng)力的冗余度。(2從圖中