桅杆结构有限元模型修正与参数敏感性研究

基于台风“圆规”激励下的实测加速度响应识别了深圳356 m高气象梯度观测塔的模态参数,结合带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对气象塔有限元模型进行修正。结果表明:气象塔模态非常密集,且纤绳模态的参与程度较为显著。气象塔X向和Y向的基频分别为0.614 Hz和0.603 Hz,其前3阶弯曲模态阻尼比在1%~2%之间。塔身密度、纤绳弹模对塔身模态频率和振型有显著影响,高层纤绳的线质量和塔身弹模对其也有一定影响,但纤绳张力的影响较低。气象塔有限元模型修正后的风致响应高于修正前,并更接近实测结果,验证了修正模型的准确性。

抢险车对92m跨度复合材料桁架桥动态响应的影响

为研究大跨径桁架式纤维增强复合材料(FRP)应急抢修桥梁成桥后的动力性能,基于导梁推送施工92 m跨度的FRP桁架桥模型,编制FRP桁架桥的车桥耦合算法,研究抢险车辆的车速、质量及路面不平顺对FRP桁架桥的跨中竖向位移、竖向加速度和关键杆件轴向应力等指标的影响.结果表明:路面越不平顺,车辆对桥梁结构的冲击作用越大,且路面等级对竖向位移的影响大于对关键杆件轴向应力的影响;车速为20~50 km/h时,车速变化对冲击系数影响较小,但车速超过50 km/h时,车速的影响逐渐增大;车辆质量对桥梁各项指标动力响应的峰值曲线呈线性增大趋势.当车辆质量为2.80×10^(4)kg,车速30 km/h时,最大跨中竖向位移为167 mm,未超过抢修桥梁位移限值(L/120),表明该桥梁的设计可以满足抢险的通行要求.

考虑螺栓滑移效应的角钢输电塔抗震性能研究

为研究螺栓滑移效应对角钢输电塔抗震性能的影响,利用ABAQUS有限元软件中的非线性弹簧模拟角钢输电塔节点的刚度特性,建立考虑螺栓滑移效应的角钢输电塔有限元模型,基于数值模型开展角钢输电塔的动力特性、地震响应、失效倒塌和地震易损性分析.结果表明:考虑螺栓滑移效应后,角钢输电塔的振型不变但各阶自振频率有不同程度的降低,说明在传统设计方法中高估了角钢输电塔的整体刚度.考虑螺栓滑移效应后,角钢输电塔在地震作用下的主材轴力响应、塔身位移响应和易损性增加,其失效机理和倒塌形式也发生改变.在抗震设计中考虑螺栓滑移效应的影响有助于准确预测角钢输电塔的失效位置,对保障震区输电线路的可靠性与安全性有重要意义.

外包式柱脚传力机理及内力分布研究

为探究外包式柱脚的传力机理及内力分布状况,基于塑性损伤理论建立了外包式柱脚有限元仿真模型。通过模拟数据分析了钢柱在加载过程中各截面内力变化,研究了钢柱与外包层之间的相互作用机制及内力传递机理;对有、无栓钉外包式柱脚的内力分布进行了对比,研究了栓钉在内力传递过程中的作用及影响。研究结果表明,内力通过钢柱与外包层之间界面的接触应力及栓钉的作用力进行传递,在柱脚底部截面钢柱已将大部分内力传递给外包层;栓钉在内力传递过程中发挥了积极的作用,促进了钢柱将内力传递给外包层;布置栓钉有利于减轻钢柱底板下面混凝土的局部承压,改善锚栓的受力状况。

基于数据驱动的桁架优化设计方法

针对目前圆管带式输送机桁架有限元分析和优化方法中存在的过程繁琐以及仿真速度、目标性差等问题,提出了利用数据驱动方法来优化改进圆管带式输送机桁架的方法,从而简化有限元分析和优化过程,减少分析和优化时间。首先明确桁架的加载方式及荷载值,运用控制变量法、数值模拟法及工程经验选取桁架最终构型并进行有限元分析。其次以实际仿真值作为输入值,建立基于数据驱动的优化网络模型。最终在不超过最大应力的条件下,利用优化网络模型获得桁架质量的寻优结果。结果表明,基于数据驱动的优化方法在圆管带式输送机桁架优化上具有快速性和准确性的优势,能够满足工程需要。

离散侧向平移支撑圆弧拱的自由振动分析

拱通常采用离散侧向平移支撑增加其面外稳定性,而离散侧向平移支撑会产生振型耦合效应,显著影响拱的振动特性。为研究等间距离散侧向平移支撑对两铰圆弧拱自由振动的影响,通过假定拱的耦合振型,基于Hamilton原理求解离散侧向平移支撑圆弧拱的自振频率,并与有限元数值结果比较。同时,还探究了拱的面外长细比、圆心角以及侧向支撑的数量和位置对拱的临界刚度及最大基频的影响。研究结果表明:假定的耦合振型可以描述复杂的离散侧向平移支撑拱的弯扭振型,并能准确预测拱的自振频率和支撑临界刚度。侧向平移支撑拱的基频随支撑刚度的增加呈现多种增长模式,根据振型变化情况将其划分为第1类、过渡和第2类增长模式,不同增长模式之间的转换取决于拱的面外长细比、拱的圆心角、支撑数量以及支撑位置。当拱的面外长细比和拱的圆心角的组合靠近第1类增长模式和其他增长模式的分界线时,拱的支撑临界刚度和最大基频显著增大。支撑位置靠近两端翼缘时可能会改变拱的基频振型,但支撑位置在剪切中心附近时,拱的基频最大。拱基频在第1类增长模式时,支撑数量的增加显著提高拱的最大基频,在过渡增长模式时,支撑数量的增加对最大基频的影响减弱,而在第2类增长模式下,拱的最大基频随支撑数量的增加基本不发生变化。

改进VMD及其在时变结构地震响应瞬时频率识别中的应用

强地震动作用下,结构动力特性因损伤将随时间变化,变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)可用于分析结构地震响应的瞬时频率变化规律,揭示地震过程中结构的损伤状态。针对人为预设分解模态数K和二次惩罚因子α参数不准确导致VMD非平稳响应出现模态混叠的问题,提出了一种改进的VMD(Improved VMD,IVMD)算法,结合Hilbert变换(HT)可准确识别非平稳地震激励下时变结构的瞬时频率。采用多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法确定分解模态数K,基于整体正交系数和能量比系数构建综合目标函数,并采用樽海鞘算法(Slap Swarm Algorithm,SSA)优化确定二次惩罚因子。在优化确定K和α参数的基础上,结合IVMD和HT识别时变结构地震响应瞬时频率。典型模拟信号和地震激励下4层时变框架结构数值模拟响应表明,相比VMD算法,IVMD算法识别得到的瞬时频率精度更高;12层钢筋混凝土框架结构模型地震模拟振动台试验数据验证了所提方法的实用性。

三种不同形式支撑框架耗能能力比较分析

本文通过依次建立纯框架、方钢管中心支撑框架与矩形钢管腹板开孔耗能支撑框架的有限元模型,分析方钢管支撑与腹板开孔支撑对支撑框架主体的耗能贡献,得出在方钢管支撑的基础上,通过焊接连接在外嵌套腹板开椭圆形孔的耗能装置,能有效提高支撑框架整体的承载力、刚度、延性和耗能能力,改善方钢管支撑承载力高却变形能力差的缺点。

基于满足多边界条件基函数的微分求积法及其应用

提出了一种由基函数来处理梁边界条件的改进微分求积法(MDQM).在构造挠度函数时,通过多次积分来满足梁的所有边界条件,进而利用此函数计算微分求积法中的加权系数矩阵,解决了通过多项式测试函数计算该系数矩阵时难以在同一个点运用多个边界条件的问题.为了研究该方法在梁的各类分析中的应用,首先构造了2类梁在各种边界条件下对应的挠度基函数,再根据Euler-Bernoulli梁振动理论和稳定性理论,基于微分求积法将计算梁的固有频率问题和临界荷载问题转化为求解矩阵特征值的问题,并将结果与精确解进行比较.此外,还根据理想弹塑性梁的平面弯曲理论,利用该方法计算了梁在各种边界条件下的弹塑性位移,并将结果与其他方法对比.结果表明,所提方法对于梁的稳定性分析、固有频率分析及弹塑性分析都具有较高的计算效率和精度.

用二阶共轭方程近似解研究楔形杆振动及屈曲

证明了任意二阶变系数线性方程都可以转化为二阶共轭线性方程。利用自变量变换、因变量变换求得了含有大参数二级共轭线性方程的近似解,此近似解即为楔形杆固有纵振、扭振、剪切振动及屈曲的模态函数。利用模态函数结合边界条件推导出确定固有纵振、扭振、剪切振动频率及屈曲载荷的特征方程,解此特征方程便可以求得固有纵振、扭振、剪切振动频率及屈曲载荷。与有关文献采用Bessel函数法求得的固有纵振、扭振、剪切振动频率及屈曲载荷进行比较,二阶共轭线性方程近似解法不但计算过程简便,而且计算精度也很高,更适合工程设计人员掌握应用。

竖向混合结构钢柱脚抗震性能试验研究

低层或多层既有建筑数量较多,对其直接进行加层改造已成为完善建筑使用功能、增加使用空间的重要手段。钢结构具有自重小、构造灵活、施工方便等优点,在既有建筑加层改造工程中得到广泛应用。针对既有混凝土框架结构上部直接进行钢结构加层工程中常用的柱脚连接方式,按照实际工程施工流程,在既有混凝土结构上打孔,通过植入化学锚栓的方式固定上部钢柱脚,分别设计制作钢柱脚四周设置加劲肋的强连接柱脚节点试件和钢柱脚四周无加劲肋的弱连接柱脚节点试件,通过拟静力试验对试件抗震性能进行对比分析。研究结果表明,强连接与弱连接柱脚节点破坏形式相同,均为锚栓拔出破坏,上部钢柱脚均处于弹性工作状态;强连接柱脚节点峰值承载力相对于弱连接柱脚节点峰值承载力提高了193%;强连接柱脚节点耗能能力相对于弱连接柱脚节点有所增强,但耗能系数减小。

基于和声搜索遗传算法的桁架结构拓扑优化

为改善传统设计理念和遗传算法优化不足,促进桁架结构离散变量拓扑优化发展与创新,将遗传算法与和声搜索算法混合,同时对遗传交叉和变异分3种情况进行自适应改进,建立了用于桁架结构拓扑优化的新型混合遗传算法——和声搜索遗传算法,利用该方法分别对平面桁架和空间桁架结构进行拓扑优化分析,并与改进遗传算法、拟满应力遗传算法、相对差商法、复合形遗传算法和改进蚁群算法比较,证明了此方法是有效、可行的。

ECC-方钢管-再生混凝土叠合柱偏压力学性能数值分析

采用数值方法研究钢筋增强ECC-方钢管再生混凝土叠合柱偏心受压力学性能受相关参数的影响,结论如下:钢筋增强ECC-方钢管再生混凝土叠合柱破坏模式与方钢管再生混凝土叠合柱一致,偏心荷载作用下,试件的破坏模式可分为小偏心破坏、界限偏心破坏和大偏心破坏。在相同偏心距下,钢管厚度和强度增加可显著提高叠合柱的承载力和极限弯矩。小偏压下,增加钢管强度和钢管厚度使得承载力和极限弯矩近似同比例增加,而大偏压下,极限弯矩增幅远超承载力。ECC和核心RAC强度提高试件的承载能力和极限弯矩均有显著提高。但叠合柱的延性受钢管外ECC抗压强度变化影响显著,ECC强度越高叠合柱延性越差,而核心RAC对试件的延性影响较小。再生骨料替代率增加,试件的承载力降低。

浅析钢筋桁架板施工的优化

随着国家大力提倡节能减排、绿色施工,发展装配式建筑,钢结构建筑日益增多,钢筋桁架板在钢结构建筑工程中大量使用,但由于忽略了对一些节点细部进行施工优化,造成成品质量外观不美观、消耗材料用量多,而增加相关费用,减少利润甚至亏损。通过对施工中存在的混凝土漏浆、悬挑及复杂部位需要另外增加土建模板及其支架施工等问题,通过对板与柱节点、栓钉布置、悬挑结构和电梯井道复杂部位进行技术优化,使成品质量得到改善,节省材料用量,降低施工难度,从而达到节支费用、减少工人劳动强度的目的。

大跨度平面桁架直升门设计与有限元分析 ——以余姚西分工程为例

余姚西分工程瑶街弄调控枢纽挡洪闸设计采用净宽45 m的大跨度平面桁架直升门,将桁架直升门简化为平面问题无法全面弄清闸门的受力状态。鉴于此,采用数值模拟方法对大跨度平面桁架直升门结构进行工程特性和受力状态分析,并与实测资料进行对比分析,可为闸门的结构布置、杆系设计提供技术支撑,同时为同类闸门的设计计算提供参考思路。

考虑轴向变形下的细长压杆屈曲分析

用简化弹性力学方法建立了轴压下细长压杆的屈曲微分方程,推导出了轴压下细长压杆的挠曲线方程及屈曲载荷公式。研究结果表明:在轴向压力作用下,轴向压力小于或等于屈曲载荷时,压杆始终是保持直线状态。当考虑细长压杆轴向变形时,利用线性屈曲微分方程,可以确定细长压杆的中点挠度。当细长压杆表面没有孔洞且为整体连续时,剪切变形对屈曲载荷的影响可以忽略不计。对于格构式细长压杆的屈曲载荷,剪切变形的影响较大,不能忽略剪切变形对屈曲载荷的影响。

置换加固法在新建高层建筑混凝土剪力墙缺陷处理中的应用

伴随国家建筑行业的高速发展,混凝土结构建造过程中出现了大量施工质量缺陷。置换混凝土加固法具有保持结构原状、不改变结构净空的优点,被广泛应用于新建工程和既有建筑中。本文结合工程实例,对某一在建项目混凝土强度不足问题,采用抽条式置换法,使用高性能水泥基灌浆料加固剪力墙。通过设置临时支撑,采用合理的施工工艺,有效降低了混凝土置换过程中对周边构件的影响。施工完成后与之相关的梁板构件均未产生裂缝,置换加固效果良好。为今后类似工程问题的处理提供参考。

变参数两跨四车道桥梁结构设计与分析

为探究两跨四车道桥梁在受到大型船舶撞击时的受力性能,结合第十六届全国大学生结构设计竞赛广东省分区赛赛题《撞击荷载下变参数两跨四车道桥梁结构设计与制作》要求,通过Midas Civil对承受移动荷载和撞击荷载的桥梁结构模型进行数值模拟计算与结构优化设计,最后通过加载试验对仿真计算结果进行验证。研究表明模型节点受力集中且制作复杂,桥梁三级加载时极易出现节点脱落与变形过大导致弦被压断,利用浸润胶水后的竹粉包裹或竹皮缠绕节点可起到较好的加强作用;将主要受力杆件截面设计成T字形,可增加杆件间的接触面积,有效防止加载车道不同引发桥梁偏载时的节点脱落问题。

楼面荷载作用下圆弧形曲梁内力

采用数学分析方法得出楼面均布荷载在圆弧形曲梁上的分布公式。然后通过积分方法推导出单跨圆弧形曲梁典型部位上的剪力、扭矩和弯矩。进一步运用结构力学方法求出圆弧形曲梁弯矩传递系数,利用分层总和法计算包含圆弧形曲梁和直梁的框架在竖向荷载作用下梁柱端部内力。算例分析表明采用上述方法计算出的梁柱内力符合工程精度要求。

考虑剪切效应的简支加固梁弯曲性能研究

为研究均布荷载作用下剪切效应对简支加固梁弯曲性能的影响。文中基于材料力学和弹性力学理论,运用解析法得到了均布荷载作用下,简支加固梁弯曲应力方程和挠曲线表达式,并利用ANSYS数值模拟法进行比较验证,同时讨论了剪切效应对加固梁弯曲变形的影响。结果表明文中方法对计算简支加固梁弯曲问题,具有计算简便、精度高等优点,能满足一般工程设计要求。同时,剪切效应对简支加固梁的弯曲变形有着较大的影响,且随着跨高比的减小,影响作用逐渐增加。