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混凝土斜拉橋的優化設計

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混凝土斜拉橋的優化設計

發布日期:2018-04-16 作者: 點擊:

混凝土斜拉橋優化被歸結為多目標優化問題,其目的是獲得成本,小偏移和應力,并尋求帕累托解決方案。通過凸標量函數的小化發現了該解決方案。數值方法允許纜索安裝力、纜索調整力和斜拉索區域、橋面和橋塔橫截面的計算,以滿足整個結構位移和應力,無論是在架設期間或竣工。因此本文所提出的優化算法可以被用來研究拓撲和幾何設計變量的效應。 


在MATLAB開發的計算機程序被用于結構分析、靈敏性分析和優化。結構分析采用一種有限元模型,其包括由于混凝土施工順序、幾何非線性和時間依存性效應造成的負載歷史和幾何變化。施工過程和混凝土流變行為顯著影響了混凝土斜拉橋的應力和變形。在分析中,同樣應考慮處理纜索或大型靈活結構時產生的幾何非線性情況。

預應力混凝土構件

1.時間依存性效應建模


在這項研究中,根據歐洲規范2公式進行評估混凝土的蠕變、收縮和老化的時間依存賴性效應。蠕變模型基于線性粘彈性及考慮老化影響。收縮應變依存于時間,但與應力無關。由作者在近的研究工作中提出了有關時間依存性效應建模的詳細考慮。


1. 1混凝土老化

由于固化的結果,混凝土的強度和彈性系數隨時間增加。在早期,強度和彈性系數迅速增加,然后增加逐漸停滯,但不會停止。根據EN1992-1-1(2010),天數t,混凝土的彈性系數由下式給出(1)。 <br />


其中,Ecm是混凝土彈性系數在28天內的平均值,t是混凝土固化天數,s是取決于水泥類型的系數。 <br />


1.2混凝土蠕變


在時刻t0施加單軸應力&sigma;c的混凝土試件,其在時刻t的總應變可以寫成相關應力?ca(t,t0)和與無關應力?cn(t)的總和,應變為(2)。


其中J(t,t0)是蠕變功能;如果應力小于45%的混凝土抗壓強度標準值,則疊加原理是有效的,并且蠕變應變隨著所施加的應力而線性變化。


在施工階段和結構使用壽命期間,斜拉橋的應力不斷變化。根據變量的應力以及使用疊加原理,方程(2)可改寫為(3)。


已經提出了幾種方法來解決這個方程,包括簡化方法,逐步數值積分以及蠕變函數的粗略估算。在這篇文章中,由Dirichlet級數(Bazant,1988)概略估算該蠕變函數,從而得到(4)。


其中,n是Dirichlet級數的項數,系數aj通過使用小二乘方法從曲線擬合得出。系數1/aj被稱為延遲時間,并被選擇來覆蓋用于計算蠕變系數的時間值范圍以。


1.3混凝土收縮


根據EN1992-1-1(2010),在時刻t的總收縮應變?cs(t),是自收縮(?ca)和干燥收縮(?cd)的總和。時刻t的干燥收縮被定義為(5)。 


其中,系數&beta;ds(t,ts)和kh取決于構件理論尺寸和混凝土干燥收縮開始時刻。參數&epsilon;cd(t)取決于環境相對濕度、水泥類型和混凝土抗壓強度。


自收縮是混凝土早期硬化期間化學反應的結果,它可以通過時刻t由以下公式表示(6)。


其中,&epsilon;ca(&infin;)是自收縮應力的長期值,&beta;as(t)是自收縮隨時間演變的函數。


1.4時間依存性效應模擬


在結構分析中,通過產生相同位移場的等效節點力模擬時間依存效應,并將其作為時間依存性效應及從中計算出實際變形狀態。每個時間間隔,使用有限元公式和相應的蠕變值以及根據先前提出公式計算出的收縮應變,將這些計算的應力作為初始變形。于是,僅用應力和機械原點變形之間的彈性本構關系計算該應力。 


1.5幾何非線性效應

斜拉橋中幾何非線性有三個主要來源:由于自身重量造成下垂的非線性軸向力-延伸關聯斜拉索;根據聯合彎曲和軸向力,非線性軸向力和彎矩-變形關聯橋塔和橋面;以及大位移引起的幾何變化。在這篇文章中,通過二階彈性分析方法考慮幾何非線性效應。


本文網址:http://www.allydawson.com/news/375.html

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