基于有限等参单元的等效平面桁架模型

针对有限元分析的复杂性,从弹性力学平面应力单元出发,结合无限小单元法和有限单元法,提出了等效平面桁架模型。基于平面应力单元和等效桁架单元在同样节点荷载下的位移等效,分析了等效后桁架杆件的初始刚度、截面面积及等效弹性模量等特征值;建立了等效平面桁架模型的单元刚度矩阵、应变矩阵和单元的轴力矩阵;给出了等效平面桁架模型的分离式模型,分析了非规则带钢筋的四边形等参单元,建立了等参单元等效平面桁架模型的单元刚度矩阵。以某混凝土简支梁和混凝土重力坝作为研究对象,将等效桁架模型与有限元分析软件ANSYS9．0的计算结果做比较。结果表明,等效桁架模型对平面问题的处理可以满足工程精度的要求,同时使计算模型简单化,体现了等效平面桁架模型的科学性。     

基于遗传算法的预应力钢桁架优化设计

目的针对预应力钢桁架的结构截面变量取值离散性、设计需考虑多种因素影响、计算重分析次数较多等特点，应用遗传算法对其进行优化设计，从而达到使结构受力合理，质量最轻的目的．方法通过有限元方法对预应力钢桁架结构进行结构分析，得到相应的应力、内力，然后按照一定的优化模型对结构进行遗传操作，得到优化结果．结果应用所编程序对平面预应力钢桁架实例进行优化设计，算例表明相对于其他优化算法，遗传算法在预应力钢桁架的优化设计中具有可行性和有效性．结论所编程序具有编程简单、快捷、搜索效率和求解精度较高等特点，克服了已有工程实践中通过多次试算，按经验来确定预应力值的弊端，为预应力钢桁架的优化设计提供了一种可行的方法．     

换流站阀厅屋面钢结构设计

根据换流站阀厅的布置及受力特点,通过三维建模仿真计算和常规平面桁架计算两种分析方法比较,得出换流站阀厅钢屋架进行三维建模分析的必要性及以往常规平面桁架分析的缺陷性,供以后设计类似结构时参考.     

平面钢管桁架平面外稳定混合有限元分析

平面外失稳通常是无支撑平面钢管桁架在极限荷载作用下的破坏形式之一.在平面钢管桁架平面外稳定问题的求解方法中,采用梁一板壳混合有限元模型在完成整体稳定分析的同时,还可以得到节点区域实际的受力状况,且具有求解精度较高、单元数量较少的特点.根据混合有限元的基本原理,给出了混合单元交界上的结点约束方程.针对混合有限元求解方程的特点,为避免在求解上遇到数值困难,给出了混合单元模型在单元划分、求解方法上的原则和建议.数值算例与试验结果表明,混合有限元模型计算耗时较少,能较为准确的分析平面钢管桁架平面外失稳过程,提出的求解方法及建议较好的避免了数值困难的产生.     

钢交错桁架结构体系的非线性有限元模型

交错桁架结构近年来成为国内外学者广泛关注的一种经济、实用、高效的结构形式,但对其抗震性能的研究很少.采用壳单元和梁单元相结合的三维非线性有限元分析模型,考虑了桁架杆件的断裂、初始缺陷,分析了两个交错桁架结构体系试件在循环荷载作用下的性能,从屈服荷载、极限荷载及滞回曲线等方面综合对比了有限元分析结果与试验结果,比较结果表明,此计算模型精确、高效,适用于交错桁架结构体系的滞回性能分析.     

智能桁架结构的最佳形状分析

以四主动元的平面桁架结构为对象进行了强度分析，给出了在不同方向载荷作用下的最佳强度曲线和最佳结构形状，为设计最佳的桁架结构提供了理论基础。     

混凝土桁架隔层错跨布置的纯剪力墙结构的动力性能分析

错列桁架结构体系的主要特点是整体桁架直接与两侧外柱相连,并在相邻楼层平面上错列布置．这样,纵向就形成大开间的无内柱空间,增大了建筑内部空间的使用灵活性．本文将利用有限元软件ANSYS对跳层剪力墙结构进行地震模拟分析,得到该结构形式的动力性能指标,为今后推广应用提供了抗震理论参考．     

被动消能交错桁架滞回性能试验

目的 为了提高交错桁架结构耗能能力,提出在交错桁架结构的斜腹杆上设置摩擦耗能阻尼器,构成被动消能交错桁架结构.方法 分别对1/3缩尺普通交错桁架单元和被动消能交错桁架单元进行低周反复荷载试验,分析两种交错桁架单元在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力.结果 普通交错桁架单元依靠杆件的塑性变形耗能,滞回曲线不饱满,耗能能力有限,斜腹杆屈曲后,结构的刚度和承载力迅速降低,桁架单元的延性较差.被动消能交错桁架单元主要依靠摩擦耗能器耗能,滞回曲线饱满,呈平行四边形,耗能能力较强;被动消能交错桁架单元在摩擦阻尼器滑移前,水平刚度较大,摩擦耗能器滑移后,结构刚度降低,发生内力重分配;被动消能交错桁架单元,变形能力强,延性好.结论 在桁架的斜腹杆上设置摩擦阻尼器,可以有效地提高结构的耗能能力和延性.     

主动桁架结构的有限元建模研究

将传感器、作动器和控制器等元件置于桁架结构中,构成主动桁架结构,并分别采用杆单元和梁单元方法,对主动桁架进行有限元建模,给出了两种建模条件下主动桁架的前八阶模态。比较两种建模方法得出的相应的模态,可以看出,如果采用梁单元建模,结果将出现局部模态,而不是桁架的真实模态。因此,主动桁架宜采用杆单元建模。     

钢桁架梁桥结构两层面承载力分析和优化

基于弹性模量缩减法建立了钢桁架梁桥构件安全系数和结构整体安全系数的便捷计算方法,进而提出了结构两层面安全分析和优化方法。首先引入广义屈服准则考虑组合内力作用,根据能量守恒原则确定单元弹性模量缩减策略,利用线弹性有限元法开展迭代计算,求得各迭代步单元承载比,利用迭代首步和末步结果分别确定钢桁架梁桥构件层面和结构层面的安全系数,根据迭代过程各单元承载比的变化,识别高承载构件和低承载构件,据此开展钢桁架梁桥两层面安全分析。结合两层面安全系数之间的定量关系,通过调整高承载和低承载构件的截面强度,使钢桁架梁桥的承载状态和材料消耗得到优化。算例分析表明,该方法具有较高的计算精度,而且能够通过线弹性方法实现复杂结构的安全分析与结构优化,避免了繁琐的非线性分析和优化计算过程。     

被动消能混合式交错桁架单元滞回性能有限元分析

为了增强交错桁架耗能能力,可在桁架单元的斜腹杆上设置摩擦耗能器,形成被动消能交错桁架结构。采用有限元软件ANSYS12.1分析摩擦耗能器在不同摩擦系数、螺栓孔长以及螺栓等级下的荷载位移关系,并将摩擦耗能器的荷载-位移关系转化为等效应力-应变关系,定义到斜腹杆上的等效耗能器单元的材料本构关系中,对被动消能桁架单元进行水平方向循环加载,得到各桁架单元的滞回曲线、骨架曲线以及耗能能力图。有限元分析结果表明:摩擦系数使耗能器的滑移力达到斜腹杆屈曲荷载的96%时,结构的耗能能力最好;耗能器孔长越大,桁架的耗能能力和延性越好,滑移量达到桁架节间距的1%时,延性系数可满足一般框架的抗震要求;螺栓等级越高,其预紧力越稳定,桁架耗能能力越好。     

基于力学贝叶斯网络的钢桁架安全评估

为了评估桁架结构的安全性能,采用力学贝叶斯网络表示桁架各单元间的逻辑关系. 提出根据力学分析建立网络拓扑,网络节点变量包括连续型的桁架结构各单元最大应力、离散型的下平纵梁状态及体系状态;通过条件概率描述节点间的逻辑关系强度,基于数值分析和抽样实现参数学习,建立力学贝叶斯网络;以一榀钢桁架模型的4个单元最大应力作为已知证据输入建立的贝叶斯网络,推理其余单元的最大应力以及体系状态概率. 研究结果表明：在监测单元最大应力已知的情况下,利用力学贝叶斯网络可以估计其余各单元的最大应力值,评估的所有单元应力与观测值间的决定系数 ${R^2}$=0.9992,表现出较强一致性. 与此同时,更靠近已知单元的估计结果更为精确,可以为监测点的选取提供参考. 此外,推理的桁架体系状态概率与观测数据一致,可以为桁架结构体系安全评定提供参考.     

钢管混凝土桁梁管内混凝土受压应变状态

利用自制的内埋式混凝土应变计和通用有限元软件,对钢管混凝土桁梁试件受压弦杆管内填充混凝土的应变状态进行研究。试验研究结果表明,在单调加载条件下,自埋式混凝土应变计能准确测读受压弦杆管内混凝土的应变状态;混凝土应变随荷载增大呈双折线增长模式,桁梁试件破坏时混凝土受压应变达到5000με。当采用平面塑性梁单元对钢管混凝土桁梁进行整体分析时,不管弦杆受压还是受拉,管内混凝土均应考虑套箍效应;桁梁受压弦杆管内混凝土纵向应变有限元计算值与实测值吻合良好,桁梁试件破坏时混凝土应变处于高套箍状态。     

网架结构计算的超级元法

结合网架结构的特点，介绍了一种半连续半离离的数值计算方法－超级元法，该方法可以将庞大复杂的结构划分成若干超单元，每个超级单元包含多个构成件，从而可减少自由度，节省计算时间，提高工作效率，经算例分析，证实该方法可以得到较精确的结果，对多构件复杂结构来说是一种很实用的计算方法：（1）工作效率，经算例分析，证实该方法可以得到较精确的结果，对多构件复杂结构来说是一种很实用的计算方法。     

钢管混凝土桁梁管内混凝土受压应变状态

利用自制的内埋式混凝土应变计和通用有限元软件,对钢管混凝土桁梁试件受压弦杆管内填充混凝土的应变状态进行研究.试验研究结果表明,在单调加载条件下,自埋式混凝土应变计能准确测读受压弦杆管内混凝土的应变状态;混凝土应变随荷载增大呈双折线增长模式,桁梁试件破坏时混凝土受压应变达到5 000 με.当采用平面塑性梁单元对钢管混凝土桁梁进行整体分析时,不管弦杆受压还是受拉,管内混凝土均应考虑套箍效应;桁梁受压弦杆管内混凝土纵向应变有限元计算值与实测值吻合良好,桁梁试件破坏时混凝土应变处于高套箍状态.     

基于机电阻抗法的桁架结构加载状况监测

采用机电阻抗法监测三跨桁架结构加载状况,并利用BP神经网络方法进行结构载荷的定位和定量研究.首先,研究激励频率对压电陶瓷片感知结构变化的灵敏度的影响,并选取最佳敏感频段为190~200 k Hz.然后,测得2个监测节点独立性良好,有助于实现载荷定位监测.最后,将采集到的桁架结构加载时的部分阻抗虚部数据进行合理的数据压缩后作为输入样本.压缩前后的数据对比显示这种压缩方法具有可靠性.建立并训练神经网络,剩余部分数据经过相同处理后作为测试样本对训练好的BP网络进行测试.实验结果表明:基于机电阻抗法,利用神经网络可有效实现桁架结构中载荷的精确定位与定量.     

钢结构屋架的参数化设计方法

采用参数化设计方法，可由计算机自动生成屋架有限元计算模型，并完成杆件的设计工作，其中关键技术是有限元单元的剖分方法。本文介绍了屋架参数化设计系统中一种单元剖分技术，并给出了计算实例。     

1000kV变电站中1000kV设备支架结构设计选型

在对1000 kV变电设备支架选型时,对支架平面、立面、腹杆型式进行了方案论证,并以某工程1000 kV设备支架为分析对象,采用目前国内外500 kV及以上电压等级变电站常用的几种支架结构型式,运用空间分析计算程序进行整体分析计算,并进行技术、经济分析比较,提出了1000 kV支架的合理结构型式,为其他类似工程提供参考.