基于流函数理论的近海风机非线性波浪荷载计算

近海风机多建于近海浅水区,波浪荷载非线性特性较为明显.基于流函数理论研究了高阶非线性波浪速度场和加速度场的特性.基于Morison方程和流函数理论计算了近海风机非线性波浪荷载,并研究了波浪自由面对近海风机非线性波浪荷载的影响,同时探讨了不同桩径时浅水区非线性波浪荷载的特性.为了验证计算结果的正确性和对比波浪的非线性特性,本文与线性波理论计算结果进行了对比,计算结果表明非线性荷载波浪峰值比线性波浪荷载峰值约大26.6%,波面变化影响将导致非线性波浪荷载计算结果产生14.7%的相对误差.在近海风机设计过程中,采用非线性波浪理论将得到更为准确的波浪荷载.

跨海大桥小尺度下部结构非线性波浪荷载分析

为研究跨海大桥桩基、桥墩等小尺度下部结构波浪荷载的非线性特性,以平潭海峡大桥N01号桥墩为例,采用不可压缩流体的N-S方程以及VOF自由液面追踪法,通过FLUENT实现非线性波的二维数值模拟,进而分析非线性波浪速度场和波面变化的特点,并通过Morison方程对比桥墩和单桩在线性波和非线性波下波浪荷载的差异,同时,为进一步研究浅水区非线性波浪特点,对不同直径下桥墩非线性波浪荷载的影响进行研究。研究表明:对于深水区的单桩,非线性波的非线性作用不明显;对于浅水区的桥墩,非线性波与线性波波浪力差异有14%,非线性作用较为显著;随着直径的增加,桥墩发生非线性波浪力峰值滞后现象;在跨海大桥设计中,波浪荷载的非线性应予以重视。

考虑几何与材料及静风荷载的非线性因素的大跨径桥梁静风稳定分析法

针对现有的桥梁静风稳定分析方法中存在的问题 ,提出了增量与内外两重迭代相结合的新方法 ,并且考虑了结构几何、材料和静风荷载非线性。在上述方法的基础上 ,编制了桥梁非线性空气静力稳定分析程序BNAP ,并进行了相应的算例分析 ,所得结果表明该方法具有计算稳定和速度快的优点。最后 ,以一座主跨 10 0 0米的斜拉桥为例 ,分析了结构几何非线性、材料非线性和静风荷载非线性对大跨径桥梁空气静力稳定性的影响。

非平稳随机过程非线性组合的首次超越可靠度

针对非平稳随机过程非线性组合的首次超越可靠度问题，提出了一种数值解法．该法将所考察时段离散化，以数值计算手段克服复杂的数学处理上的困难．所得公式可以方便地退化为平稳随机过程甚至随机变量非线性组合的问题，因而具有普遍的实用价值．

大跨人行悬索桥非线性静风稳定性分析

基于风洞试验所测加劲梁静力三分力系数,在综合考虑静风荷载非线性、结构几何非线性基础上,采用双重迭代计算分析方法对主跨420 m大跨窄人行悬索桥进行静风稳定性全过程分析。结果表明,结构变形随风速变化呈明显非线性,静风失稳形态弯曲扭转空间耦合变形特征显著;较公路桥大跨人行悬索桥主缆提供的扭转刚度比重更大,跟踪两主缆跨中应力随风速变化情况可定义静风失稳临界风速及与分析静风失稳原因;非零初始风攻角会降低静风失稳临界风速;中央扣及抗风缆均能提高静风失稳临界风速。施加中央扣措施,失稳形态为主梁结构弯扭失稳;施加抗风缆措施,失稳形态为抗风拉索、抗风缆应力松弛导致局部结构失稳。该研究可为大跨窄桥静风稳定性能及提高静风稳定性提供科学依据及参考。

低周反复荷载作用下钢管混凝土框架非线性有限元分析

本文根据本课题组所完成的一榀两跨三层钢管高强混凝土框架在低周反复荷载作用下的模型试验的结果,建立了按钢管混凝土统一理论中钢管混凝土材料的本构方程和考虑约束效应的核心混凝土的本构方程.分别基于钢管混凝土的统一模量理论和分离模量理论,采用APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化程序设计语言编制的命令流,对模型框架在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了非线性有限元分析,经与模型试验结果相比较,二者吻合较好,从而验证了基于统一模量理论的钢管混凝土结构设计方法是可行的、适用的.

主跨420m人行悬索桥非线性静风稳定影响参数分析

为了研究大跨度人行悬索桥非线性静风稳定相关参数的影响规律,采用内外两重迭代数值算法对一座420 m主跨人行悬索桥,进行了结构附加风攻角、来流初始风攻角、非主梁结构风荷载、抗风缆与中央扣结构措施等影响参数分析。分析结果表明:不计结构附加风攻角会放大静风失稳临界风速,由于正负不同初始攻角下静风荷载的不同发展路径,使得正攻角会恶化静风稳定性,负攻角会提高静风稳定性;非主梁结构风荷载对静风失稳临界风速影响很小,但是抗风缆风荷载对主梁静风位移影响很大,主塔风荷载对主梁静风位移影响最小;抗风缆会改变大跨人行悬索桥的静风失稳形态和大幅提高静风稳定性,对于420 m主跨量级的人行悬索桥,仅依赖中央扣措施很难使无抗风缆设计方案获得足够的静风稳定能力。

浮式风力机若干特征动力学问题综述

总结浮式风力机类型及其对应的特征动力学问题,针对浮式风力机气动荷载、水动荷载的计算方法以及结构动力学、控制动力学典型问题进行论述。讨论了气动—水动—结构—伺服耦合分析的难点,重点分析了二阶波浪力、畸形波等非线性波浪荷载、流荷载及涡激运动对浮式风力机特征动力响应的影响。阐述了浮式风力机动力学研究的试验方法、数值仿真方法、样机测试方法,并对模型试验技术的相似理论、气动模型的实现和难点以及数值仿真的频域方法、时域方法和分析工具进行了归纳对比。研究表明:浮式风力机多场、多体耦合动力分析机理及相关技术仍不成熟,气动荷载、高阶非线性波浪荷载耦合模型的建立是动力学问题研究的重点,数值仿真及模型试验是浮式风力机动力响应研究的主要方法,样机测试技术的积累将促进设计标准的完善及浮式风电的产业化发展。

基于流函数理论的波浪非线性及洋流作用下动力特性研究

为了更好地模拟实际波浪的非线性和洋流的影响,该文介绍了一种适用范围广,边界条件拟合好,可考虑洋流作用的非线性波浪理论——流函数波浪理论。将流函数波浪理论计算得到的部分结果与线性波理论计算得到的相关结果进行比较,结果表明流函数波浪理论能够很好地考虑波浪的非线性;初步探讨了流函数波浪理论在考虑洋流作用方面的优势;最后推导了流函数波浪理论在海底的随时空分布的波压力公式,比较了非线性波浪荷载与线性波浪荷载。

腹板开孔冷弯薄壁槽钢构件非线性屈曲分析

为了研究不同受弯状态下腹板开孔冷弯薄壁槽钢的非线性屈曲荷载变化规律,对不同孔高比和不同卷边宽度的冷弯薄壁槽钢纯弯构件和非纯弯构件进行了有限元分析。分析结果表明,当孔高比小于0.6时,纯弯构件和非纯弯构件的非线性屈曲荷载变化幅度相对较小,当孔高比大于0.6时,纯弯构件和非纯弯构件的非线性屈曲荷载有急剧下降的趋势;当非纯弯构件非线性屈曲荷载大于纯弯构件非线性屈曲荷载时,短卷边构件非线性屈曲荷载提高幅度大于长卷边构件。

大跨人行悬索桥非线性斜风静力稳定研究

为研究大跨人行悬索桥在斜风作用下的静风稳定性,提出了一种实用的斜风作用下大跨桥梁静风稳定性分析方法。在小偏角下,忽略斜风对于桥梁断面气动外形的影响,基于正交分解方法推导了完全考虑桥梁静风空间变形影响的斜风静力荷载理论表达式,编制内外两重迭代的大跨桥梁斜风静力稳定分析程序,进行了420 m主跨人行悬索桥非线性静风稳定分析。结果表明:斜风静力荷载是有效风攻角与有效风偏角的函数,精确考虑斜风静力荷载作用,要求对有效风攻角和有效风偏角同时进行迭代;静风失稳形态是以主梁扭转变形为主的复杂弯曲扭转耦合的三维空间变形状态,在静风弯扭空间大变形作用下,背风侧缆索系统应力大幅卸载,最终背风侧抗风缆应力接近完全卸载导致悬索桥系统刚度丧失,进而发生静风失稳;该类大跨人行悬索桥最不利静风稳定来自于法向风,小角度斜风对该桥静风失稳临界风速影响不大。

浅水浮式风机基础水动力特性及波浪荷载的CFD数值分析

采用计算流体动力学(CFD)方法对OC4-DeepCwind半潜式风机基础在30~100 m水深下的水动力特性和非线性波浪荷载进行了研究。基于验证的数值波浪水池,通过结构自由衰减运动及规则波下浮式基础的幅值响应算子(RAO)计算,分析了浮式风机基础的结构动力特性及水动力特性随水深的变化规律,研究了浅水条件下非线性波浪荷载特征。研究结果表明,随着水深的减小,风机基础结构垂荡固有周期略有增大,垂荡和纵摇的阻尼比均呈现逐渐增大的趋势;与黏性流理论计算结果相比,势流结果在浅水波浪工况下对垂荡和纵摇RAO存在显著低估;在浅水波浪作用下,风机基础所受波浪荷载的三倍波频成分占比可超过5%,体现了浅水条件下波浪与结构之间较强的非线性作用。

基于有限元的超高层施工模拟分析

随着最近几十年我国科学技术的快速发展和经济水平的显著提高,人民追求各式建筑的热情得以持续空前发展,超高层建筑由于其特殊的建筑时代属性作为城市地标在各地也相应拔地而起,然而超高层在施工过程中混凝土收缩徐变等非线性荷载给结构带来诸多不利的影响,基于此本文采用有限元分析软件Midas Gen对结构进行施工模拟分析,以确保结构在施工和后续使用中的安全性和可靠性。

考虑开挖卸荷及变形耦合效应的被动桩分析方法

基坑、隧道的开挖将不可避免地影响邻近受荷桩基的工作性能,如何合理评价开挖条件下邻近受荷桩基的附加响应至关重要。针对Winkler地基梁模型的不足,提出了一种改进的非线性两阶段分析方法,该法能够合理地考虑桩土作用的非线性特征、桩顶工作荷载对桩身附加轴力的影响及轴力产生的偏心弯矩对水平挠曲的影响等,并给出了该改进算法的增量法求解过程。同时将本文方法与已有研究成果进行了对比,验证了本文方法的合理性,并进一步探讨了桩顶工作荷载对竖向附加响应及轴向力对水平附加响应的影响规律。结果表明:桩顶工作荷载对竖向附加响应的影响是显著的;而轴向力对水平挠曲的影响程度则与自由场位移模式等相关,对于部分位移模式,影响也很显著。

考虑空间整体效应的温度自应力计算

针对在计算混凝土桥梁结构的温度自应力时,按现行的计算方法得到的结果与实测的数据有较大差别的问题,根据温度作用下的应力-应变关系及结构内力特点,并运用三维平面假设,改变温度荷载的加载方式和多余约束力的状态,推导出考虑空间整体效应的温度自应力计算方法。对箱梁的实例分析表明:在计算桥梁结构的温度自约束应力时,应考虑纵横向温度应力-应变之间的互相影响,采用与实际情况相符合的温度荷载加载方式,这样使计算结果更接近实际值。

隔震支座拉压刚度比对高层隔震结构抗倾覆性能影响研究

本文针对某实际高层隔震结构,对比分析了考虑重力荷载与地震非线性组合与传统线性组合情况下,5种不同拉压刚度比对罕遇地震作用下支座最大拉应力、最大压应力和最大位移的影响,同时在考虑非线性组合的前提下,对比了不同结构高度下,不同支座拉压刚度比对三个抗倾覆性能指标的影响。分析结果表明:1相对于线性组合的分析方法,非线性组合下,支座拉压刚度比的变化对于三个抗倾覆性能指标影响不显著;2结构高度增加,拉压刚度比的变化对隔震层中受拉最不利位置支座的拉应力计算结果差异性影响降低;3非线性组合下,随着拉压刚度比的增加,受拉最不利支座的拉应力也相应增加,基于工程设计安全富余的考虑,建议在非线性组合时隔震支座拉压刚度比采用1/5进行设计。

环肋型悬挑桁架在某体育场钢结构罩棚中的应用

某体育场结合建筑屋盖的连续造型,采用“环肋型悬挑桁架+外圈立体桁架约束环+端部钢拉杆+局部柱间V形支撑”的结构体系。该结构体系充分利用屋盖曲面的整体面内刚度,并在外圈设置一道立体桁架的约束环,以形成良好的整体刚度。其中,屋盖曲面的面内刚度由其各榀悬挑桁架上弦连续的交叉斜撑提供。屋盖钢结构体系仅通过铰接钢柱脚支承在2层混凝土楼盖上,与下部混凝土结构为相对独立受力体系,避免两者之间的不利影响。重点介绍这种结构体系的静力性能、非线性极限荷载分析及抗连续倒塌性能分析设计。

3D3S软件常见问题（二）——内力分析篇

3D3S中有关内力分析的主菜单一共有两项：内力分析菜单（线性）和非线性分析菜单（找形和非线性分析），见图1。内力分析存在8种方式：1）直接线性内力分析（内力分析菜单），工程设计中使用最普遍，一般在模型正确的情况下总会得到相应的内力和位移；2）直接几何非线性荷载态分析（非线性菜单下的荷载态分析菜单），主要针对大跨度及刚度较差的结构，计算结果一般用来校核：3）索杆找形后线性内力分析（非线性菜单下找形后直接使用内力分析菜单）；4）索杆找形后非线性荷载态分析（非线性菜单下找形后使用荷载态分析菜单）：5）线性索梁找形后线性内力分析（非线性菜单下找形后直接使用内力分析菜单）；

南水北调中线工程某大型渡槽设计

南水北调中线总干渠渡槽设计过水流量大,通过经济技术指标比选,确定采用开口箱梁矩形槽型式,采取三向预应力设计。由于渡槽受力呈现较强的空间性,为了提高设计效率并便于复核,截面拟定和配置预应力时采用平面杆系对渡槽横向和纵向分别进行计算,然后用三维有限元法进行复核。复核阶段主要考虑了非线性温度荷载和侧向风荷载的影响。计算结果表明,各工况下,渡槽大部分部位为受压状态,局部拉应力亦控制在规范允许范围内。