高速铁路客站抗震性能分析的实用虚拟激励法

针对高速铁路客站具有跨度大、节点多、单元多、构件阻尼比差异大等特点,提出实用多维虚拟激励法,从理论上阐明了振型阻尼法求解原理和方法。任取振型,采用修正过滤白噪声谱,利用反应谱能合理考虑激励非平稳性的优点,根据单自由度平稳激励虚拟激励法求得的位移均方差与位移反应谱值相等的原则确定各振型对应的功率谱强度因子。利用多维激励矩阵分解和振型分解原理,提出实用多维虚拟激励法,并以天津西站II区为例将上述理论和方法加以应用。经比较表明:计算结果较常用反应谱组合值大,较时程响应值小,证明该计算方法合理,可供复杂结构的抗震设计与分析参考。

高速铁路客站模态特征分析与阻尼模型的注记

针对"房桥合一"高速铁路客站质量、刚度分布严重不均匀、不同阻尼比构件繁多等特点,对其模态特征和用于时程法阻尼模型的确定进行了研究。通过位能加权激励原理和位能公式的阐述、天津西站II区的模态分析与振型分解时程法的应用,并以此为标准进行了5种不同瑞利阻尼比例系数时程法的响应比较。结果表明:位能加权法激励为各模态的振型响应,求得阻尼为振型阻尼,结构模态质量累计数突变发生在第9阶,选择第1,9阶振型确定的瑞利阻尼比例系数较合理。振型分解时程法的振型阻尼可基于振型响应的位能加权法确定,直接时程法的瑞利阻尼宜选择第1阶与模态质量累计数发生突变的振型来确定,可供结构设计与分析参考。

新型高速铁路客站多维抗震分析的实用反应谱法

针对"房桥合一"高速铁路客站不同阻尼比构件、大跨构件较多,对其阻尼模型和多维实用反应谱法进行了研究。首先通过位能加权阻尼和振型分解法的原理,得出位能加权阻尼的激励为各振型响应,并基于单元刚度矩阵推导了位能计算公式。接着在结构自振周期不超过4.5倍场地特征周期的条件下,对水平与竖向加速度互功率谱的表达形式进行了替代。基于两者,利用随机振动理论与反应谱理论推导了能合理考虑各向振型间相关性的实用反应谱公式。最后,以天津西站Ⅱ区为例加以应用,并与时程分析、多种常用多维反应谱组合法进行了比较,说明该公式的合理性,可供同类结构抗震设计与分析作参考。

圆中空夹层钢管混凝土柱的受箍作用分析

根据经过前人通过大量实验验证过的结论,提出一些合理的假设,在此基础之上,利用修正弹性模量的方法来计入圆中空夹层钢管混凝土轴压构件承载力的提高,并用能量法和最小势能原理从中导出在轴向压力作用下的圆中空夹层钢管混凝土中核心混凝土的修正弹性模量.结果表明,修正弹性模量不但与核心混凝土的泊松比,截面半径及弹性模量有关,还与内外钢管的半径,内外钢管的厚度及弹性模量有关.

横向支撑刚度对轴心受压钢管稳定的影响

在钢筋混凝土现浇结构的施工过程中,扣件式钢管支撑架作为模板支架是当前应用最为广泛的一种模板支撑体系。当前这种支撑体系的竖向立杆均以单个步长作为杆的计算长度,将横向钢管的弹性支撑作用基本简化为固定铰支约束作用,这与扣件式钢管的工作特性有较大出入。为此用稳定理论分析了横向支撑作用对立杆稳定的影响。

八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能的研究

在总结圆中空夹层钢管混凝土和方中空夹层钢管混凝土柱受力性能与工程应用优缺点的基础上,提出采用八边形中空夹层钢管混凝土结构的合理性。对八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能进行试验分析,得到构件各组成部分的荷载-应变关系曲线和极限承载力值,由试验现象与试验结果发现八边形截面中空夹层钢管混凝土柱的承载能力比方形截面柱承载能力高,比圆形截面柱承载能力稍低,且与八边形直边与斜边之比相关。为拓展此类构件应用的几何尺寸范围,在确定材料合理的应力-应变关系模型后,采用有限元方法进一步分析此类构件的力学性能,由此得到的荷载-应变关系曲线以及构件承载力与试验结果能较好地吻合。通过对影响构件承载能力各主要参数的分析,利用试验与数值模拟结果,提出轴压条件下八边形中空夹层钢管混凝土短柱极限承载力的计算公式,供工程设计人员参考。

平面不规则结构的实用多维反应谱计算方法

因地震动输入方向对平面不规则结构响应的影响显著,所以本文对该类的实用多维反应谱计算方法进行了研究。首先,基于多维加速度功率谱矩阵的研究成果,引入激励输入角度和相应参数,推导了能合理考虑激励输入方向的加速度功率谱和基于平稳随机振动求解响应的计算公式。然后再引入位移谱,利用其能合理考虑激励非平稳性的特点,提出了水平双向的实用反应谱法计算公式。最后,以平面为L形的空间钢结构为例,对不同输入角度时的节点位移公式计算值与多条地震波的时程响应值进行了比较,证明该计算方法是合理的,可供结构抗震设计与分析作参考。

高速铁路车站抗震计算的多维反应谱组合法

采用ANSYS软件分析天津西站Ⅱ区的结构特征,在传统随机振动算法中引入位移反应谱,结合水平向和竖向互功率谱表达形式的合理修正方法、沿结构整体坐标系方向功率谱、位移反应谱和传统三维平稳随机振动计算方法,提出用于高速铁路车站抗震计算的多维反应谱组合方法,并将多维反应谱组合方法的计算结果与时程响应分析和规范算法的计算结果进行比较。结果表明:高速铁路车站结构的异向振型间的相关性较强,地震动输入角度对结构响应的影响显著,而规范算法忽略了异向地震激励的相关性,不能反映地震动输入角度对结构响应的影响;多维反应谱组合法由于合理考虑了异向地震激励输入角度的变化、异向振型和地震激励的相关性,因此其计算结果与时程响应分析的结果吻合,更适用于高速铁路车站的抗震计算。

双向偏心结构实用抗震计算方法的研究

双向偏心结构的水平双向平动位移和扭转相互耦合显著,为此,对该类结构的实用抗震计算方法进行了研究。以单层双向结构为例,分析其模态特点和不同地震输入方向时的位移响应,表明异阶振型同向位移的乘积不为零和激励方向对位移响应影响显著。结合位移反应谱和随机振动原理,并引入激励输入角度,推导出实用的抗震计算方法,并与时程分析法进行了比较,证明该算法是合理的。

八边形中空双钢管混凝土短柱力学性能的非线性分析

基于八边形中空双钢管混凝土轴压短柱的试验结果,选择了合适的材料本构关系模型与界面处理,采用实体有限元分析方法对此类构件进行了非线性分析。之后,对模拟结果作了详细分析,结果表明,由有限元模型分析得出的荷载-应变关系曲线、内外钢管的破坏形态以及极限承载力与试验结果能较好的吻合。在此基础上,利用该模型在几何尺寸与材料强度等方面进行了扩展,并作了相应的解释。最后,提出了此类构件承载力的计算公式,与试验结果能较好的吻合。

基于多维激励应变能响应Rayleigh阻尼系数计算方法

Rayleigh阻尼模型广泛应用于结构地震响应计算,致使Rayleigh阻尼系数计算方法显著影响结构响应,而地震多维激励是同时作用于结构,且应变能响应能较好地反映结构力学行为,因此,对基于多维激励应变能响应的Rayleigh阻尼系数计算方法进行了研究。根据单维地震激励时应变能响应的计算公式,构建出用于计算应变能响应的合理虚拟激励形式,应用于多维激励体系,提出计算多维激励时应变能响应的虚拟激励法;并构建出振型阻尼比变化量平方的新型权重系数,提出基于多维激励应变能响应的Rayleigh阻尼系数计算方法。分别以不带楼板的双向对称、单向偏心和双向偏心的大跨空间钢结构,以及带楼板的对称双塔、非对称双塔和非对称三塔钢筋混凝土结构为工程案例,以多条实际地震波作为激励,对提出的算法进行验证。结果表明:对于双向对称空间钢结构,基于各类阻尼系数计算方法求得的结构响应误差均较小;对于单向偏心和双向偏心空间钢结构,基于2阶振型阻尼系数计算方法求得的结构响应误差最小值和最大值分别为5.89%和19.64%,基于多维激励应变能响应阻尼系数计算方法求得的结构响应误差最小值和最大值分别为0和6.10%;对于对称双塔、非对称双塔和非对称3塔结构,基于2阶振型阻尼系数计算方法求得的结构响应误差最小值和最大值分别为5.76%和51.17%,基于多维激励应变能响应计算求得的结构响应误差最小值和最大值分别为0.07%和4.48%,证明该计算方法是合理的。

“建桥合一”铁路客站Rayleigh阻尼系数计算方法

在显著影响单自由度体系位移方差的激励频率范围内,采用最小二乘法拟合出水平向和竖向地震加速度互功率谱的线性修正表达式,并结合传统随机振动计算方法和规范加速度谱提出了多维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法。以"建桥合一"铁路客站天津西站Ⅱ区为工程背景,基于应变能振型阻尼模型求得的结构响应值为标准,对分别基于二阶、单维激励多阶、多维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法的结构响应值进行了比较。结果表明:多维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法合理考虑了振型和地震激励的相关性,响应值偏差最小,更适合于类似铁路客站Rayleigh阻尼系数的计算。

多维地震作用下结构的瑞利阻尼系数实用计算方法

瑞利阻尼模型广泛应用于结构的多维抗震计算中,阻尼系数计算方法影响地震响应。因此,有必要对多维地震作用下结构的瑞利阻尼系数实用计算方法进行研究。首先,基于单维地震激励应变能时程响应,求得任意阶振型对应应变能响应的最大值,并结合完全平方和平方根(Complete Quadratic Combination,CQC)振型组合方式,得到单维地震激励应变能响应计算方法。在此基础上,利用平方和平方根(Square Root of Sum of Square,SRSS)多维组合方法和等价处理,构建振型阻尼比变化量平方的新型权重因子,并提出了瑞利阻尼系数实用计算方法。分别以带楼板的塔式结构和不带楼板的K8单层球面网壳结构为例,对瑞利阻尼系数实用计算方法和已有基于应变能响应阻尼系数算法进行了比较。结果表明:应用瑞利阻尼系数实用计算方法求得的各类结构的节点位移和杆件内力误差均较小,且计算效率更高;所提出的瑞利阻尼系数实用计算方法是合理的,可应用于结构多维抗震计算。

大跨空间结构Rayleigh阻尼系数计算方法

大跨空间结构自振频率丰富,空间作用明显,尤其是对于偏心大跨结构,致使在确定Rayleigh阻尼系数时宜考虑振型相关性和地震激励相关性的影响,为此,本文针对大跨空间结构Rayleigh阻尼系数计算方法进行了研究。结合规范反应谱和虚拟激励法,确定任意阶振型对应的激励功率谱强度因子,应用于多维激励多自由体系中,提出了计算多维激励节点位移响应的虚拟激励法,并将积分号和累加号的位置互换,提出了能合理考虑激励相关性和振型相关性对结构响应影响的阻尼系数权重系数及算法,在此基础上,得到了多维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法。以双向对称、单向偏心和双向偏心大跨施威德勒型单层球面网壳为例,以四条符合场地的多维地震波作为激励,将基于多种阻尼系数计算方法的结构响应值进行了对比,结果表明:对于双向对称结构,基于各类阻尼系数计算方法的误差均较小,但对于单向偏心结构和双向偏心结构,相比二阶参考振型阻尼系数计算方法和单维激励多阶参考振型阻尼系数计算方法,基于多维激励多阶参考振型阻尼系数计算方法的节点位移误差最大值和截面内力误差最大值均较小,更适用于偏心大跨空间结构阻尼系数的计算。

“房桥合一”铁路客站抗震计算的快速高效多维虚拟激励法

针对"房桥合一"铁路客站节点数多、空间相互作用显著等特点,利用沿结构整体坐标系方向功率谱的表达式和合理谱强度因子的确定方法,提出能合理考虑地震激励输入角度变化的快速多维虚拟激励法,并以天津西站Ⅱ区作为工程案例,对利用快速多维虚拟激励法、时程响应分析法和已有虚拟激励法的计算结果进行比较。结果表明:三种算法的计算结果吻合较好,证明快速多维虚拟激励法的计算值是合理的;且与已有虚拟激励法相比、快速多维虚拟激励法的计算效率显著提高,更适合于"房桥合一"铁路客站的抗震计算。

Rayleigh阻尼系数计算方法对多塔结构地震响应的影响

结合规范加速度反应谱、随机振动原理和已有Rayleigh阻尼系数计算方法,提出了能合理考虑振型相关性和异向地震激励相关性的水平二维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法,采用ANSYS软件分析双向对称、单向偏心和双向偏心多塔结构的模态特征,并对基于多种Rayleigh阻尼系数计算方法的各类多塔结构地震响应进行了比较,结果表明:多塔结构的振型质量参与系数分布离散,平扭耦合和双向偏心多塔结构的水平双向平动耦合显著,相比二阶参考振型阻尼系数计算方法和单维激励多阶参考振型阻尼系数计算方法,基于二维激励多阶参考振型阻尼系数计算法的地震响应值误差较小,适用性更强。

不同风攻角下分离式双箱梁涡振气动力演化和局域相关性研究

通过弹簧悬挂节段模型同步测振测压风洞试验模拟结构涡激振动,以1座大跨度斜拉桥的分离式双箱梁为研究对象,测定均匀流场中不同风攻角下的涡振响应及表面风压。基于局部特征区域气动力与断面总体气动力的局域相关性概念,分析竖弯涡振时上游断面迎风侧下斜腹板、下游断面迎风侧斜腹板及顶板这3个关键局部特征区域的气动力演化特性及其与整体总气动力的同步演化关系。研究结果表明:当改变来流攻角时,在分离式双箱梁涡振过程中,不仅会使浸没在流场中的绕流状态、旋涡作用位置发生改变,还会使局部气动力与整体气动力的相关性发生改变。虽然断面不同区域的局部气动力与总体气动力的振动卓越频率相同,但其高阶谐波分量对应频率参与涡振作用的比例却随着风攻角变化而发生变化。另外,分离式双箱梁下游断面迎风侧斜腹板区域与整体断面的涡振特性有着较强的同步演化关系,在实际工程中需重点关注。

基于工程教育专业认证的《PKPM结构软件应用》课程教学研究

工程教育专业认证要求任何课程的教学环节必须以学生能力为中心,且课程能力目标的确定需要满足社会需求度的要求.根据该理念,对基于土木工程专业的《PKPM结构软件应用》课程教学进行了研究.首先,结合应用型大学的定位和社会调查结果确定了结构设计工程师的具体能力要求,在此基础上,确定了该课程具体的能力目标.接着,根据各项能力目标,确定了对应的具体教学内容,并根据各教学内容的特点,确定了相应的教学方法.最后,针对各项能力目标制定了过程考核和期末考核的课程考核方式,体现了持续改进的核心理念.

真空作用下软土固结机制及实例分析

真空作用下土体固结机制不明确,严重制约了真空预压技术的推广。对比研究前人的固结机理,发现单纯从加载角度或者渗流角度难以解释土体固结现象,归纳出真空作用下土体固结有等向挤压固结、渗透压密固结和由水位下降造成的竖直向堆载固结3种类型。结合监测资料,分析加固区土体压力差及变形分布、土中超孔隙水压力变化和有效加固深度。研究结果表明:加固区内等向固结压力沿深度递减,同深度处靠近塑料排水板的各点大于远离塑料排水板的各点,呈水平波浪形分布;土体变形兼有等向压缩变形、竖向沉降和侧向挤出变形,土体最终变形结果为3种变形的叠加;超孔隙水压力先上升后消散,分析必须考虑孔压计受力膜内外压差影响;负压固结理论是土体产生渗透压密现象的理论基础,并无不妥。

横向支撑刚度对轴心受压钢管稳定的影响

在钢筋混凝土现浇结构的施工过程中，扣件式钢管支撑架作为模板支架是当前应用最为广泛的一种模板支撑体系。当前这种支撑体系的竖向立杆均以单个步长作为杆的计算长度，将横向钢管的弹性支撑作用基本简化为固定铰支约束作用，这与扣件式钢管的工作特性有较大出入。为此用稳定理论分析了横向支撑作用对立杆稳定的影响。