弯曲型支撑框架结构的临界荷载与临界支撑刚度研究

框架剪力墙体系是一种普遍采用的支撑体系 ,在高层建筑中表现为弯曲型特性 .在刚性模型分析和大量有限元计算结果的基础上 ,建立了弯曲型支撑刚度与框架临界荷载的简单关系式 ,得到了无侧移框架临界支撑刚度的表达式 .方法简单易用 ,同时计算结果与有限元分析符合得很好 .计算表达式可以作为结构稳定性设计中区别有侧移框架和无侧移框架的标准 ,也可用于非完全支撑框架临界荷载的计算 ,对于高层、超高层建筑的支撑设计和结构稳定计算具有重要意义 .

刚性加劲开口肋临界刚度比初拟及比较分析

基于Timoshenko弹性稳定理论,本文分别提出了正交异性钢箱梁刚性加劲临界刚度比估算公式。建立7个数值模型,计算发现本文所提的估算公式偏于安全;同时比较分析发现,陈绍蕃教授的建议公式和Chai H.Yoo数值回归公式计算值则较为接近,Giencke.E公式的计算值最接近刚性加劲临界刚度比但略为偏小,并详细分析了本文公式与Giencke.E公式的适用范围。

考虑侧向支撑刚度影响的蜂窝钢梁临界弯矩计算研究

钢梁可通过设置侧向支撑并控制间距避免其发生整体弯扭屈曲,支撑刚度会对钢梁的临界弯矩产生影响。利用有限元方法研究了不同侧向支撑刚度下蜂窝钢梁临界弯矩。研究结果表明,随着侧向支撑刚度的增加,蜂窝钢梁临界弯矩亦逐渐增加;但当支撑刚度达到临界支撑刚度后,随着侧向支撑刚度的增加钢梁临界弯矩不变。根据参数分析结果,提出了根据支撑间距确定临界支撑刚度的简化计算公式。

铰支对称刚架结点水平弹性约束的临界刚度

本文从理论上证明了在弹性稳定分析时,铰支对称刚架结点水平弹性约束临界刚度的存在.

开口肋加劲板屈曲模态与临界屈曲应力分析

为更好掌握开口肋加劲板的设计计算方法,采用弹性稳定分析方法,对无纵向和横向加劲肋的四边简支板、纵向加劲肋等间距布置的四边简支加劲板、纵向和横向加劲肋等间距布置的加劲板进行屈曲模态和临界屈曲应力分析。结果表明:对于四边简支板或四边简支加劲板,临界屈曲应力与板宽、板长和板厚均有关,减小板宽和板长以及增大板厚可提高临界屈曲应力;随着加劲肋刚度比的变化,四边简支加劲板一般表现出3种屈曲模态,模态1为加劲肋与被加劲板共同发生整体屈曲,模态2为在加劲肋处形成波节,加劲肋与被加劲板发生屈曲,模态3为加劲肋为刚性加劲肋,不会发生失稳,只有被加劲板发生局部失稳;临界屈曲应力随加劲肋刚度比的增大而增大,模态1增大幅度最大,模态2次之,模态3逐步趋于定值。

边缘构件刚度对索网结构风振响应的影响分析

本文根据索网结构中索系和边缘支承结构共同工作且相互影响的特点，运用随机振动理论，考虑风的三维相干性，讨论了脉动风作用下，边缘构件刚度对索网结构的自振频率和风振响应的影响规律。分析表明，临界刚度比是索网结构动力响应计算的一个关键参数。

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。

滑动速率及系统刚度对断层滑动性质影响研究

为进一步探索活动断层滑动性质及断层系统演化过程的影响因素,基于单自由度弹簧-滑块模型,引入速率-状态依赖摩擦本构关系,建立了单自由度弹簧-滑块系统的静力平衡方程,采用龙格-库塔法解非线性方程组,重点研究了滑动速率及系统刚度对断层滑动性质、系统演化过程的影响。研究表明:活动断层滑动速率越大,系统响应越大;系统刚度越大,越不易失稳。系统刚度低于临界刚度时,一旦断层产生滑动,系统将向失稳方向发展,系统的运动轨迹将越来越远离平衡点;系统刚度等于临界刚度时,活动断层将保持周期性滑动,滑动速率越大,应力振荡的幅值也越大,此时系统的运动轨迹为一极限环;系统刚度大于临界刚度时,断层经过短暂的周期滑动后,很快达到稳定滑动状态,此时系统的运动轨迹趋向于并最终达到系统的吸引子。

多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法研究

剪切型支撑钢框架整体稳定计算需考虑钢框架与剪切型支撑之间的相互作用,还需要考虑同层柱间的相互支援以及层与层之间的支援作用,规范计算长度系数法无法考虑这些因素可能会造成不合理设计。提出了一种计算多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法,首先分析了支撑刚度与结构临界承载力之间的关系,推导了层临界支撑刚度计算公式,接着利用弹簧-摇摆柱力学模型推导了任意支撑下框架柱临界刚度比系数计算公式,然后将各楼层的有效抗侧刚度及荷载刚度进行楼层间的组装,将求解剪切型支撑钢框架的临界承载力转化为求解结构的楼层有效抗侧刚度,最后基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接求解多层剪切型支撑钢框架临界承载力的计算公式,该公式能够判断结构的薄弱层,可以定量地计算楼层之间相互支援程度,有效地弥补规范尚无法求解弱支撑钢框架柱计算长度系数的不足。

内置式框架肋骨加强的长舱段舱段失稳临界压力理论计算方法研究

文章针对内置式框架肋骨加强的长舱段,推导了框架肋骨临界刚度的理论计算公式,给出了舱段框架肋骨临界刚度的计算方法;通过ANSYS有限元软件,比较分析了舱段失稳临界压力理论公式计算结果与有限元计算结果之间的误差,指出现行舱段失稳临界压力理论计算公式存在一定的适用范围;以舱段失稳压力有限元结果为修正基准值,引入修正系数k修正理论计算公式,以提高理论计算结果的准确性。

单株淹没植被刚度及其阻力特性研究

通过水槽试验,利用有机玻璃片模拟单株植被,探究明渠中淹没单株植被刚度对水流阻力的影响。水流阻力通过测量水槽上下游两个固定断面的水头损失来体现。植被刚度对水头损失值的影响可分为植被粗糙区和植被光滑区。在植被粗糙区内,水头损失值受流量与植被刚度双重影响,水头损失值与流量呈正相关,水头损失值与植被刚度也呈正相关。在植被光滑区内,水头损失值与植被刚度无关,仅与流量呈正相关。对同一流量而言,水头损失值随着植被刚度的增大而先增大后减小。各组流量的临界刚度值随着流量的增大而增大。

一种计算框架-剪力墙临界承载力的解析法

针对规范计算长度系数法无法考虑框架与剪力墙之间的相互作用、同层柱之间的相互支援以及层与层的支援作用的不足,提出了一种计算框架-剪力墙结构临界力的解析算法。利用“三弹簧-摇摆柱”力学模型作为基本单元来计算单个框架柱的稳定承载力,进而通过基本单元(刚度和荷载)在各楼层内组装,之后再将各楼层的刚度及荷载进行楼层间的组装,将求解框架-剪力墙临界承载力转化为求解结构的楼层抗侧刚度,进而推导了可直接计算有侧移框架-剪力墙临界力的简单实用的计算公式,该公式能考虑这三种支援作用,即同层各柱间的支援作用,楼层间的相互支援作用,以及剪力墙对框架的支援作用,有效地弥补了规范尚无法求解框架-剪力墙临界力的不足。算例计算结果表明:该方法有很好的精度及准确性,可供工程设计使用。

多侧向支撑梁的完全支撑刚度的FEM分析

文章分析了多侧向支撑梁的完全支撑刚度临界值。首先介绍了含有侧向支撑的薄壁构件有限元法,推导了侧向支撑带来的附加刚度矩阵,再介绍了单侧向支撑梁的临界支撑刚度的理论分析,然后利用编制的有限元程序对多侧向支撑梁的临界支撑刚度进行了算例求解。

基础隔震高层建筑结构减震系数研究

针对质量、刚度沿高度分布相对均匀的基础隔震高层建筑结构建立其等效梁模型,基于振型分解反应谱法对隔震及非隔震结构振型数、振型参与质量、地震剪力、力矩等关键指标进行探讨分析。给出了确定水平向减震系数指标的临界刚度比、临界周期比,进一步分析了该两个临界比值对减震系数的一般性控制规律。研究结论表明:当隔震后、前结构基本周期比r_(T1)>1.3或上部结构整体等效刚度与隔震层水平等效刚度之比r_(kh)>0.8时,可有效抑制高层剪力墙隔震结构高阶振型反应,仅需考虑基本振型对结构地震反应的贡献;结构隔震后、前的底部剪力比、力矩比与上部结构整体等效刚度与隔震层水平等效刚度之比r_(kh)、基本周期比r_(T1)有关,与质量、阻尼等参数无关;当r_(kh)小于临界刚度比r_(kh)B或r_(T1)小于临界周期比r_(T 1B)时,底部力矩减震效果较剪力要差,应以隔震后、前结构底部力矩比作为减震效能评价指标,当r_(kh)大于临界刚度比r_(kh)B或r_(T1)大于临界刚度比r_(T 1B)时,则应以底部剪力比作为评价指标。其中,r_(kh)B,r_(T 1B)可按该研究所给数值取用。所得相关研究成果可为相关理论研究及工程应用提供参考和依据。

多高层框架-弯剪型支撑结构的稳定性研究

在多高层框架-支撑结构中,支撑体系通常有剪切型、弯曲型和弯剪型之分,三类支撑之间没有一个定量的区分准则。本文在变截面、变轴力弯剪型支撑柱稳定分析的基础上,提出了三类支撑的定量划分准则。对弯剪型支撑-框架结构的稳定性进行了研究,得到了使被支撑框架发生无侧移弹性失稳的支撑临界刚度的简单式,它可以作为结构稳定性设计中判定框架失稳模式的标准。同时给出了支撑刚度较小时框架临界荷载于支撑刚度的简单关系,可用于弱支撑框架的稳定性计算。研究结果对于高层、超高层建筑结构的稳定计算具有重要意义。

钢筋混凝土框架-剪力墙结构最佳破坏模式基础研究

钢筋混凝土框架-剪力墙结构的理想破坏模式为连梁—剪力墙底部—框架梁—框架柱。将附加4片剪力墙和M榀框架的12、14、16、18、20层结构作为N层4片剪力墙M榀框架算例模型,利用SNAP软件对其依次进行弹塑性动力时程分析,考查随M的增加,N层4片剪力墙M榀框架的破坏模式的变化过程,根据结构的累积滞回耗能分布规律,分析并确定其刚度特征值λ和破坏模式的内在联系,提出满足理想破坏模式要求的临界刚度特征值,从而根据临界刚度特征值计算结构的相对剪力墙刚度。对临界刚度特征值的N层4片剪力墙M榀框架进行分析可知,其周期、壁率、面积率、位移角、受力及其变形特征均符合经验公式和《高规》等要求,表明研究方法的正确性和研究结果的合理性。

不同注水方式下断层动力学响应数值模拟研究

工业开采注水能导致现存断层活化,从而诱发大量的破坏型地震。因此,研究注水作用下断层的动力学响应对探索诱发地震的力学机理具有重要的意义。本文基于孔弹性弹簧-滑块模型,采用多孔介质弹性耦合数值模拟,计算分析了三类典型注水方式(上升型、迅速上升/下降型和间歇型)对断层稳定性的影响。研究结果表明:随着流体的不断注入,断层内部流体压力会经过缓慢上升、迅速上升和稳定上升三个阶段。针对于不同的注水方式,这三个阶段并不完全相同,体现形式存在差异;在注水方式相同的条件下,储层的渗透率越小,井口附近流体压力越大,断层处流体压力越小,两者间的流体压力差值越大;注水过程中断层临界刚度的变化与是否发生滑移并引发地震密切相关,数值越大越易诱发地震,其数值与注入储层流体的流体压力呈负相关,与流体压力变化率呈正相关;临界刚度由于流体压力变化率的增加在前期呈现快速增长趋势,后期则是由于流体压力的影响开始减小。迅速上升/下降型注水方式极大增加了注水前期诱发地震的可能性,间歇性注水方式在注水后期引起的临界刚度变化值较大,增大了诱发地震的可能性。该研究可以为注水诱发地震的危险性评价提供定量的科学依据。

三层通高区群柱面外稳定性能与设计方法研究

对带两个等跨布置侧向弹簧支撑的轴压柱(三层通高群柱的面外稳定性等效模型)的研究表明,随着柱子受到支撑作用的增强,柱子最低阶屈曲模态会依次经历单波、双波及三波(完全支撑)三种状态。对于等效模型而言,由于两个弹簧支撑相互独立,其刚度不会随屈曲模态而改变;但是实际三层通高群柱结构中柱子的两个支撑点并非相互独立,对于相同的支撑系统,研究表明柱子单波对称屈曲模态的面外等效支撑刚度要大大弱于双波反对称模态。为此,本文考虑三层群柱面外等效支撑刚度与屈曲模态的相关作用,首先通过理论推导分别建立在单波、双波模态下各柱面外支撑刚度的表达式,实现将柱子的面外稳定性研究模型转化等效单柱模型,进而结合单柱既有研究成果,得到两种模态下柱子弹性屈曲荷载和计算长度系数与等效支撑刚度的关系,并通过弹性屈曲有限元分析验证其准确性;然后,考虑群柱面外几何初始缺陷随机分布的影响,对三层多跨群柱进行二阶弹塑性承载力多参数分析,验证在单波、双波缺陷模式下,按照面外支撑刚度相同的原则,等效单柱模型的轴压稳定设计方法仍然适用于三层多跨群柱的面外稳定性设计。

剪切型支撑框架弹塑性失稳模式判定准则

为确定水平力对支撑框架弹塑性极限承载力的影响,解决各国规范关于失稳模式判定存在的分歧,采用几何和材料非线性分析方法,考虑了残余应力、长细比、梁柱约束以及构件初始弯曲和结构初始侧移等因素,研究了剪切型支撑框架的稳定极限承载力与支撑刚度的关系,得到了水平力和竖向力共同作用下支撑框架临界支撑刚度公式和失稳模态判定准则,并对一系列层单元模型和2层2跨框架算例进行了弹塑性有限元验证.结果表明,建议公式简单实用,概念明确,且偏于安全.

转子系统状态矩阵与稳定性分析

建立了考虑机匣弹性和陀螺力矩以及轴承回转动力激励时的悬臂双盘转子系统的动力学模型和运动微分方程.根据稳定性理论,由状态矩阵特征值的性质,分析了一些结构参数对转子系统稳定性的影响.结果表明:轴承回转动力激励、轴承刚度和转速对系统稳定性均有较大的影响;增大阻尼和机匣刚度对系统稳定运行有利;存在一个临界轴承刚度,当轴承刚度大于临界轴承刚度时,系统存在运动稳定区域,否则系统不存在运动稳定区域.