空间索面地锚式悬索桥结构行为研究

为研究空间索面地锚式悬索桥结构行为,以主跨610 m的空间索面地锚式悬索桥——重庆市郊铁路跳磴至江津线跨江轨道专用桥为背景,采用SNAS软件建立大桥有限元模型,分析主缆横向矢跨比、主缆弯扭刚度对结构受力特性的影响以及施工期间空间索面线形变化规律。结果表明:随主缆横向矢跨比增大,结构竖向刚度基本不变,横向刚度提高;主缆弯扭刚度仅对成桥状态近塔处主缆局部线形及少数吊索索力有所影响,对结构整体受力基本无影响;施工期间以空缆状态为基准进行索夹定位和横向预偏角放样时需考虑主缆转动角的影响,而以主缆横向对拉后状态为基准则可不考虑;采用5对拉杆张拉主缆进行横向定位可有效控制主缆横向位置及吊索横向倾角接近成桥状态。

有限元中弹性连接单元的刚度矩阵

针对常用有限元软件中弹性连接单元的刚度矩阵开展研究。类似普通梁单元刚度矩阵的分析方法,将弹性连接单元的空间受力状态分解为伸缩、弯曲和扭转三种独立的模式进行分析,并提出两种方式推导弯曲受力模式下的刚度矩阵。对于弯曲受力状态下的刚度矩阵,明确了MIDAS中弹性连接单元输入参数包括弯曲和剪切刚度系数、弹性连接长度和剪切距离比R在刚度矩阵中的表现形式,给出了其刚度矩阵的理论表达式;阐明了剪切距离比R的力学意义,即用以考虑弹性支承两端因剪力传递的弯矩,其对结构的影响只体现在杆端位移结果中,杆端力始终满足静力平衡条件而不受R的影响,并且在R取0.5时,MIDAS中弹性连接的单元刚度矩阵与普通欧拉梁单元的刚度矩阵最为接近。同时通过分析对比,明确了ANSYS和ABAQUS中弹性连接单元的弯剪效应是独立的,这与MIDAS中弹性连接单元在不考虑剪切距离比R时的特性一致。研究成果既有助于理解弹性连接单元刚度矩阵,又为其工程应用提供了参考。

分段摇摆墙内力改进效果研究及影响参数分析

在保证对结构变形、抗震性能改进效果的情况下,采用分段摇摆墙的形式可有效降低摇摆墙自身的内力需求,并且该形式具有制作更简单、运输更便利、安装更简易的优势。为了分析摇摆墙采用分段形式后对摇摆墙内力的改进效果,文中结合分段摇摆墙的特征及与整段摇摆墙不同的边界条件,推导了铰接分段摇摆墙-框架结构的位移和摇摆墙内力的简化计算公式,并进一步开展了摇摆墙刚度比和摇摆墙分段数目对摇摆墙内力的影响效果分析,且与整段摇摆墙的相应情况进行了对比。研究结果表明:将摇摆墙分段可以大幅降低摇摆墙的内力峰值、缩小内力值的变化区间,在均匀荷载作用时各分段摇摆墙的弯矩和剪力分布规律类似,且整段摇摆墙的弯矩峰值是分段摇摆墙的m2倍、整段摇摆墙的剪力峰值是分段摇摆墙的m倍,而在倒三角形荷载作用下时,上段分段摇摆墙的弯矩和剪力比下段分段摇摆墙的大;刚度比在1.0~5.0这一适当的区间内变化时,刚度比对摇摆墙内力的影响效果明显,且影响程度随摇摆墙刚度比增大呈先增大后减小的规律,但当摇摆墙刚度比在此适当区间之外(无论取值过大还是过小),摇摆墙内力改变情况则对刚度比变化变得不敏感,此时刚度比对摇摆墙内力的改善效果不佳;分段摇摆墙内力幅值的降低幅度会随着分段数目的增加而减小,在采用分段摇摆墙时分段数目不宜过多。除此之外,通过分析还可得,刚度比与分段数目这两个参数对摇摆墙内力的影响效果相对独立,影响效应不耦合。

正交加筋板中板梁耦合动力特性

[目的]旨在探究正交加筋板中板梁构件的动力耦合关系及其对正交加筋板本征动力特性的影响机理和影响规律。[方法]以不同弯曲刚度比的正交加筋板模型为研究对象,采用有限元法计算自由边界和固支边界下正交加筋板模型的固有频率及振型,通过分析正交加筋板模型的固有频率及振型随板梁弯曲刚度比的变化规律,探究正交加筋板中加强筋与平板两种构件间的动力耦合特性。[结果]研究表明,在板梁构件弯曲刚度变化过程中,正交加筋板主要表现为板类动力特性为主导和板梁耦合动力特性两种形式。得到了这两种形式转变过程中的临界板梁弯曲刚度比及其判据。[结论]板梁动力耦合现象对固有频率的影响主要表现为改变固有频率随弯曲刚度比的变化速率,对固有振型的影响主要表现为使板类振型产生错位分布和形态畸变。

盾构隧道纵向等效弯曲刚度的简化计算模型及影响因素分析

盾构法隧道在国内的应用越来越广泛,早期建造的盾构隧道在工后沉降较大时出现较大的纵向变形问题,考虑隧道结构特征的设计模型及其刚度计算逐渐得到重视。在考虑管片螺栓等结构特征基础上,建立可考虑环缝张开的三维纵向结构计算模型。研究结果表明,与管片环接缝相关的影响因素,如螺栓的数量、螺栓的预紧力以及管片环宽度对纵向弯曲刚度有效率影响较大,随着纵向螺栓数量和管片环宽度的增加而线性增加,随着螺栓预紧力的增加而非线性快速增加,而管片环的横向弯曲刚度有效率影响较小。研究成果为盾构隧道纵向设计提供了关键参数。

高超声速下翼面的热颤振工程分析

针对高超声速下翼面的结构、气动和热的耦合动力学问题 ,提出了热颤振分析的分层求解思路 .首先分析结构在热环境下的固有动力特性 ,然后应用vanDyke活塞理论计算高超声速非定常气动力 ,最后采用p k法进行颤振求解 .对某高超声速全动舵面和小展弦比根部固支翼面进行了热颤振的分析与比较 .计算结果表明 ,受热后结构的动力学特性和颤振特性均可能发生变化 ,尤其对于小展弦比根部固支翼面 ,由于热效应对其扭转刚度影响很大 。

修正惯用法管片环弯曲刚度有效率η和弯矩提高率ξ的研究

介绍了修正惯用法管片环弯曲刚度有效率和弯矩提高率的定义,论述了用梁-弹簧模型确定弯曲刚度有效率和弯矩提高率的方法,研究了接头刚度对弯曲刚度有效率和弯矩提高率的影响,提出了管片环弯曲刚度有效率和弯矩提高率的拟合公式,对盾构管片的设计具有一定的指导作用。

抗弯刚度对线性黏滞阻尼器拉索力学性能影响

基于部件模态综合理论,得到考虑抗弯刚度和垂度的拉索——阻尼器系统的非线性降阶模型。在此基础上,基于复模态理论,考察不同边界条件下,抗弯刚度对系统一阶模态阻尼比的影响。研究表明,当拉索两端固接时,不考虑抗弯刚度时得到拉索最优模态阻尼比的上限值,且不同抗弯刚度下拉索最优模态阻尼比大体相同,而当两端铰接时则正好相反。当线性黏滞阻尼器参数的选择使拉索——阻尼器系统一阶模态阻尼比达到最优时,随着拉索抗弯刚度的增加,高斯白噪声激励下拉索的位移响应是减小的,并且同一根拉索,两端铰接时拉索的位移响应小于两端固定时的响应。通常安装阻尼器会减小拉索的弯矩响应。但值得注意的是,在阻尼器安装位置处拉索的弯矩有一个峰值,特别是当拉索两端铰接时,该值甚至可能会超过无阻尼器时拉索的中点弯矩响应。

斜支承曲线梁桥内力影响因素分析

为了深入了解斜支承曲线梁桥的受力性能,基于结构力学的力法原理,推导了任意斜度的斜支承曲线梁桥的内力计算公式。以这些公式为依据,编制了相应电算程序,详细分析了荷载作用位置、荷载类型、弯扭刚度比、斜度、圆心角等因素对斜支承曲线梁桥受力性能的影响。绘制的大量曲线清晰地显示了各项因素对斜支承曲线梁桥受力性能的影响规律。

悬臂组合梁大挠度弯曲的挠度分析

目前,在两种材料组合梁弯曲变形研究中,通常假设两子梁轴线的挠度相等,然而,实际情况并非如此。基于梁的大挠度弯曲理论,分别研究了悬臂非连接叠梁和悬臂完全连接组合梁在端部力偶作用下的弯曲,考察了两子梁轴线的挠度,揭示了子梁轴线挠度的差异。结果表明:组合梁小挠度弯曲的两子梁挠度相等,而对于组合梁的大挠度弯曲,两子梁挠度并不相等;子梁自由端处的挠度差随着端部弯曲力偶的增加而增加,随着子梁刚度比的增加而减少。并且,对于悬臂非连接叠梁,其下部子梁的挠度大于上部子梁的挠度,而对于悬臂完全连接组合梁,其下部子梁的挠度小于上部子梁的挠度。

多跨连续曲线梁桥静力分析的有限段法

利用能量变分原理,推导出平面曲线箱梁的基本微分方程、边界条件;采用微分方程的齐次解作为位移模式,推导出平面曲线箱梁有限段法分析的单元刚度矩阵、荷载矩阵;编制了计算分析程序,计算结果与其他方法分析值吻合较好;探讨了抗弯刚度与抗扭刚度之比对连续曲线箱梁位移、内力的影响,为连续曲线箱梁的设计计算与施工提供了参考。

SATWE软件如何计算刚度比

总结了地震剪力与地震层间位移比、剪切刚度比、剪弯刚度比在《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》中的定义和计算方法。为了帮助SATWE软件用户正确地选择刚度比的设置,结合一个框支剪力墙结构算例,探讨这三种刚度比在SATWE软件里的适用范围及实现过程,并提出在运用SATWE软件进行结构计算时应注意的问题。

圆钢管混凝土悬臂长柱抗弯性能试验研究

通过对3个足尺圆钢管混凝土长柱的试验研究,分析不同轴压比下圆钢管混凝土长柱的抗弯承载能力和破坏形式.结果表明,相比轴压比为0时的圆钢管混凝土长柱,轴压比为0.1、0.2时的圆钢管混凝土长柱的抗弯承载力和抗侧刚度减小,同时延性也减小;可见轴压力的变化对钢管混凝土长柱抗弯受力性能有显著的影响.在试验的基础上,将不同轴压比的抗侧刚度与考虑P-△效应时相关规程、文献进行比较,给出建议公式,为钢管混凝土结构在实际工程中的应用提供参考.

冷热循环-荷载耦合下锂渣混凝土梁变形性能试验研究

通过10根冷热循环-荷载耦合下锂渣混凝土梁试件的受弯性能试验,研究了聚丙烯纤维,冷热循环次数及应力比对锂渣混凝土梁曲率和截面弯曲刚度的影响。研究结果表明:聚丙烯纤维可以降低冷热循环对锂渣混凝土的损伤作用,减小试验梁的曲率,减缓水泥水化的速率;锂渣混凝土梁曲率随着冷热循环次数的增加,呈现先减小再增大后降低的规律,100次冷热循环下曲率最小;聚丙烯纤维锂渣混凝土梁曲率随着冷热循环次数的增加呈现先降低后增加的规律,300次冷热循环下曲率最小;随着应力比的增加,试验梁截面曲率减小,截面弯曲刚度增大。

初始扭转梁力学性能参数分析

根据作者先前对初始扭转梁的变形规律和基本微分方程的讨论,进一步研究初始扭转角和抗弯刚度比两参数对初始扭转梁力学性能的影响。研究表明:由于初始扭转角的存在,梁单向弯曲时将产生侧向位移。且当初始扭转角ω∈[0,π/2],由于耦合效应产生的侧向位移随着初始扭转角ω的增加而增加;当初始扭转角ω∈[π/2,π],由于耦合效应产生的侧向位移随着初始扭转角ω的增加而减少。变化抗弯刚度比参数时,研究表明:截面为正方形,即两主轴方向的抗弯刚度相等时,梁的力学性能与普通直梁相同,无侧向位移产生;而当梁截面为非正方形,即梁截面抗弯刚度比μ≠1时,由于初始扭转角的存在,梁单向弯曲时将产生侧向位移,且μ越大,梁的两弯曲主轴位移耦合效应越来越大,产生的侧向位移也越来越大。

框架结构剪切刚度的实用计算方法

以6、8、12层平面钢筋混凝土框架结构作为算例模型,首先介绍了从层间水平总位移中减掉弯曲位移以得到剪切位移、并利用此位移来确定真实剪切刚度的计算方法;其次,提出了利用D值法理论刚度调整值和本文推导的刚度比与层数比的拟合曲线,来确定真实剪切弹性刚度实用值的方法和恢复力模型相关参数的方法。最后通过一个10层结构的例子进行了地震反应弹塑性时程分析,验证了真实剪切刚度实用计算方法的合理性和恢复力模型相关参数的可靠性。结果表明,所提的框架结构剪切弹性刚度实用值计算方法和各层恢复力模型参数的确定方法简单易懂,精度高,在确定剪切刚度环节中,可以替代繁琐复杂的推覆分析。

类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度分析

类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度是分析其纵向受力变形的重要参数。基于等效连续化模型的基本原理,建立类矩形盾构隧道纵向等效连续化模型,推导得到类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度解析解。通过参数分析,研究螺栓、管片宽度、厚度和截面形状等参数对类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度有效率的影响。研究表明,由于类矩形盾构隧道截面的特殊性,在建立等效抗弯刚度模型时,需分别对中性轴在隧道腰部和拱底两种不同的情况进行讨论;增加螺栓数量和加大管片宽度可提高类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度有效率,中性轴位置随着上移,环缝受拉张开区域减小;增加管片厚度可增加隧道绝对等效抗弯刚度,但是等效抗弯刚度有效率下降,中性轴位置下移;中性轴位置随着宽高比增大而快速下移,当中性轴位置角度与小圆弧圆心角相等时,中心轴下移曲线发生转折;当宽高比为1时,所得解析解退化为圆形盾构隧道等效抗弯刚度解。

水平弯曲刚度对大展弦比机翼颤振的影响

高空长航时飞机普遍采用小后掠角大展弦比机翼,飞行时机翼具有较大变形.几何非线性加剧机翼结构水平弯曲与扭转的刚度耦合,水平弯曲模态在颤振分析中的作用已不可忽略,对机翼气动弹性特性影响显著.将结构在给定来流攻角的静平衡位置附近线化,以求解结构的固有振动特性,并应用考虑翼面变形的片条理论计算非定常气动力,用p-k法计算颤振速度.以金属梁式机翼为对象的颤振计算结果表明,水平一弯模态参与耦合的机翼颤振速度低于线性颤振速度.增大水平弯曲刚度有助于这类颤振速度的提高,而扭转频率的影响也要加以考虑.

大宽厚比矩形钢管混凝土柱纵向加劲肋构造研究现状

超大截面矩形钢管混凝土柱具有较高的极限承载力。现行相关规范对管壁宽厚比的要求在保证管壁局部屈曲性能的同时,限制了对构件含钢率的进一步优化。在钢管壁内侧设置纵向加劲肋,可有效提高其局部屈曲性能,降低构件的用钢量,充分发挥高强钢的性能。对国内外有关管壁局部屈曲的产生机理和宽厚比限值等方面的研究成果进行了归纳总结,对国内外有关纵向加劲肋对大宽厚比钢管混凝土柱静力承载性能和抗震性能影响、加劲肋和子板件构造要求等方面的试验和理论研究进行了比较分析。基于上述工作,提出了以控制管壁局部屈曲为目标的纵向加劲肋构造设置原则及其作用机理,以及设加劲肋的大宽厚比钢管混凝土柱承载力计算等需要深入研究的方向。

混凝土连续梁与悬索组合桥结构体系力学性能分析

为了解混凝土连续梁与悬索组合桥结构体系的受力特性,建立(70+185+70)m混凝土连续梁与悬索组合桥全桥空间有限元模型,计算其结构内力,分析垂跨比、边中跨比、主梁抗弯刚度对该组合结构力学性能的影响,并与同等跨径自锚式悬索桥进行对比。结果表明:混凝土连续梁与悬索组合桥主缆拉力和跨中挠度均小于同等跨径自锚式悬索桥,与同等跨径自锚式悬索桥相比,活载作用下组合结构主缆拉力小76.04%,跨中挠度小66.32%;组合结构前10阶自振频率均大于自锚式悬索桥,1阶自振频率约为自锚式悬索桥的3倍;组合结构的竖向刚度随垂跨比和主梁抗弯刚度的增大而增大,随边中跨比的增大而减小,与自锚式悬索桥变化规律基本一致。