預應力撐桿柱索撐節(jié)點數(shù)值模擬和試驗研究.pdf

1、預應力撐桿柱中通過對拉索施加預應力對中心柱提供側向支撐，減小中心柱的計算長度，從而達到提高其穩(wěn)定承載力的目的。索撐節(jié)點作為預應力撐桿柱結構體系中的關鍵部位，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)點預應力撐桿柱，采用試驗研究與有限元分析相結合的研究方法，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，并基于預應力撐桿柱索撐結構體系進行了索力、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結論如下：
　?。?）連續(xù)式和間斷連續(xù)式預應力撐桿柱試驗研究
　　分別對連續(xù)式和間斷連續(xù)式索撐節(jié)點預應力撐桿柱進行預應力施加階段和外荷載施加階段的試驗，并分別對預應力撐桿柱關鍵部位進行位移增量測量、應變測量和索力測量。
　　預應力施加階段，連續(xù)式和間斷連續(xù)式預應力撐桿柱索力、中心柱和撐桿應力均隨著預應力的增加呈線性增加；兩種模型均會產生一定的滑移。外荷載施加階段，兩種預應力撐桿柱索力和撐桿應力均呈線

3、性減小，中心柱應力呈線性增加；對于連續(xù)式預應力撐桿柱，相同的外荷載下，預應力越大，滑移量越小；相同的外荷載增量，預應力越小，滑移量增加越多。
　　（2）預應力撐桿柱有限元建模
　　在試驗研究的基礎上，對連續(xù)式索撐節(jié)點和間斷連續(xù)式索撐節(jié)點預應力撐桿柱進行有限元建模，進行預應力施加階段和外荷載施加階段的有限元分析，并將模擬結果與試驗結果進行索力和應力對比分析，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。
　　預應力施加階段和外荷載施加階段，連續(xù)式和間斷連續(xù)式預應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上，對索撐節(jié)點模擬新方法進行了相關探討。采用正交各向異性

5、索模型和線面接觸單元進行了數(shù)值模擬，并對不同模型模擬索力、滑移、等效摩擦力和應力方面的效果進行了對比。
　　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。相同的預應力下，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。總體上，面面接觸正交各向異性索模型模擬效果較好。