大跨度预应力张弦管道试验与非线性有限元分析

"这篇论文详细探讨了大跨度预应力张弦式管道的试验与有限元分析，主要关注这种结构在预应力张拉、正常使用和承载力极限阶段的行为。研究人员通过1:15比例的缩尺模型对中国首例张弦式管道进行了全面的受力测试，并运用ANSYS软件进行了非线性有限元模拟。此外，他们结合一致缺陷模态法和柱面弧长法，考虑了初始几何缺陷和几何非线性对结构屈曲的影响。研究结果显示，半跨荷载可能对结构造成较大压力，导致结构变形和上弦应力增加，而且结构对外部平面的初始几何缺陷特别敏感。尽管如此，该结构显示出了良好的稳定性和较高的安全储备，极限承载力可达到设计荷载的2.68倍。有限元计算与实验数据匹配度高，证明了所采用的非线性有限元分析方法在模拟预应力张弦式管道受力全过程中的有效性。" 这篇论文的核心知识点包括： 1. **预应力张弦式管道**: 这是一种特殊的大跨度结构，通常用于大型管道或桥梁建设，通过预应力技术来增强结构的承载能力。 2. **模型试验**: 研究人员制作了1:15比例的缩尺模型，用以模拟实际的100米跨度的预应力张弦式管道，以便在实验室环境中研究其受力特性。 3. **ANSYS软件**: ANSYS是一款广泛应用的有限元分析软件，可用于模拟结构的非线性行为，包括材料非线性和几何非线性。 4. **非线性有限元分析**: 通过这种方式，可以模拟结构在不同阶段（如预应力张拉、正常使用和承载力极限）的响应，包括应力、应变和位移等。 5. **初始几何缺陷与几何非线性屈曲分析**: 结构的微小不完美（如制造误差）和形状变化（如在荷载下的弯曲）对结构性能有显著影响，研究中考虑了这些因素。 6. **屈曲临界荷载**: 屈曲临界荷载是指结构开始显著变形的荷载点，研究发现半跨荷载下的屈曲临界荷载低于全跨荷载。 7. **结构稳定性与安全储备**: 结果显示，预应力张弦式管道具有足够的稳定性和超出设计荷载的承载能力，极限承载力是设计荷载的2.68倍，显示了良好的安全性。 8. **有限元计算与试验结果对比**: 这验证了所使用的数值模拟方法的有效性，能够准确预测和解释实验观察到的结构行为。 这篇论文的贡献在于提供了关于预应力张弦式管道的实际试验数据和深入的理论分析，有助于进一步理解这类结构的性能，并为未来的设计提供理论支持。