預(yù)應(yīng)力撐桿柱索撐節(jié)點數(shù)值模擬和試驗研究.pdf

1、預(yù)應(yīng)力撐桿柱中通過對拉索施加預(yù)應(yīng)力對中心柱提供側(cè)向支撐，減小中心柱的計算長度，從而達(dá)到提高其穩(wěn)定承載力的目的。索撐節(jié)點作為預(yù)應(yīng)力撐桿柱結(jié)構(gòu)體系中的關(guān)鍵部位，對其研究不夠充分。
　　針對連續(xù)式和間斷連續(xù)式索撐節(jié)點預(yù)應(yīng)力撐桿柱，采用試驗研究與有限元分析相結(jié)合的研究方法，以索撐節(jié)點處拉索的摩擦和滑移為重點，提出面面接觸正交各向異性索模型和線面接觸模型來模擬索撐節(jié)點，并基于預(yù)應(yīng)力撐桿柱索撐結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了索力、等效摩擦力和滑移量等方面的對比

2、，主要研究工作和相應(yīng)結(jié)論如下：
　　（1）連續(xù)式和間斷連續(xù)式預(yù)應(yīng)力撐桿柱試驗研究
　　分別對連續(xù)式和間斷連續(xù)式索撐節(jié)點預(yù)應(yīng)力撐桿柱進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加階段和外荷載施加階段的試驗，并分別對預(yù)應(yīng)力撐桿柱關(guān)鍵部位進(jìn)行位移增量測量、應(yīng)變測量和索力測量。
　　預(yù)應(yīng)力施加階段，連續(xù)式和間斷連續(xù)式預(yù)應(yīng)力撐桿柱索力、中心柱和撐桿應(yīng)力均隨著預(yù)應(yīng)力的增加呈線性增加；兩種模型均會產(chǎn)生一定的滑移。外荷載施加階段，兩種預(yù)應(yīng)力撐桿柱索力和撐桿應(yīng)力均呈線

3、性減小，中心柱應(yīng)力呈線性增加；對于連續(xù)式預(yù)應(yīng)力撐桿柱，相同的外荷載下，預(yù)應(yīng)力越大，滑移量越小；相同的外荷載增量，預(yù)應(yīng)力越小，滑移量增加越多。
　?。?）預(yù)應(yīng)力撐桿柱有限元建模
　　在試驗研究的基礎(chǔ)上，對連續(xù)式索撐節(jié)點和間斷連續(xù)式索撐節(jié)點預(yù)應(yīng)力撐桿柱進(jìn)行有限元建模，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加階段和外荷載施加階段的有限元分析，并將模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行索力和應(yīng)力對比分析，證明：采用beam188單元模擬撐桿和中心柱、用link10單元模擬非

4、實體索、用solid185單元模擬索撐節(jié)點各組成部分是正確的；非實體索和實體索的耦合約束，撐桿與索撐節(jié)點處的耦合約束是可行的。
　　預(yù)應(yīng)力施加階段和外荷載施加階段，連續(xù)式和間斷連續(xù)式預(yù)應(yīng)力撐桿柱索力和中心柱軸力模擬值和試驗值變化趨勢一致；兩個階段索撐節(jié)點處各部分最大應(yīng)力值出現(xiàn)位置和變化趨勢與理論相符合。
　?。?）索撐節(jié)點有限元模擬方法
　　在有限元建模論證的基礎(chǔ)上，對索撐節(jié)點模擬新方法進(jìn)行了相關(guān)探討。采用正交各向異性

5、索模型和線面接觸單元進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對不同模型模擬索力、滑移、等效摩擦力和應(yīng)力方面的效果進(jìn)行了對比。
　　面面接觸正交各向異性索的徑向柔性大于面面接觸各向同性索。相同的預(yù)應(yīng)力下，面面接觸正交各向異性索模型滑移量大于面面接觸各向同性索，本文中前者是后者的5~7倍；前者的等效摩擦力大于后者的等效摩擦力。線面接觸各向同性索模型模擬效果較差，線面接觸正交各向異性索模型模擬相對較好?？傮w上，面面接觸正交各向異性索模型模擬效果較好。