弹性支承曲线梁在移动荷载作用下动力响应研究

为探究弹性类支座对桥梁结构振动机理的影响及进一步发展曲线梁的车致振动理论,提出一种将弹性支承曲线梁振动形式考虑为弯曲变形和刚体位移组合的方法,建立简化计算模型,利用Garlekin 法和积分变换法推导移动荷载作用下弹性支承曲线梁的动力响应解析解,并验证本文方法的正确性。通过数值算例分析弹性支承曲线梁在移动荷载作用下的振动机理,以及支座刚度、曲率半径等相关参数对弹性支承曲线梁动力响应的影响规律。研究表明：曲线梁的支座约束情况发生变化会对桥梁结构的动力特性和动力响应造成差异明显的非线性影响,其支座竖向刚度越小,桥梁动力响应越大,不可直接将其简化为刚性支承梁;小半径弹性支承曲线梁与直线梁相比,其曲率半径对桥梁动力响应的放大效应十分显著,同样不可忽略。     

弹性支承平面交叉梁系的研究及程序开发

本文根据子结构法的思想方法，将柱子的刚度凝聚剂与之相交的梁单元刚度矩阵中，从而巧妙地考虑了弹性支座作用并研制了“弹性支承平面交叉梁系计算程序（ＥＳＧ）”结合工程设计实例，讨论了支座条件对平面交叉梁系内国和及变形的影响，框架结构中平面交叉梁系的弯矩调幅法的缺陷及超静定结构构件扭转刚度的取值问题。     

基于下部支承分离式设计的大跨度网壳结构抗震性能研究

大跨空间结构的历次震害表明,上部屋盖和下部混凝土支承连接处的破坏是其主要震害类型之一,为了降低该种震害的可能性,提出了将下部支承结构分为可承受屋盖水平及竖向荷载的部分和只承受屋盖竖向荷载部分的分离式设计方法,前一部分下部支承宜采用弹性变形较大的钢结构,后一部分下部支承和屋盖通过水平滑动支座相连,由于水平剪力的释放而使该部分支座震害可能性降低。基于该设计思路建立了典型的单层网壳及下部支承模型,基于现行规范对其进行了小震和大震下的计算分析。结果表明:网壳及承担网壳水平和竖向荷载的下部支承部分可独立于只承受屋盖竖向荷载的下部支承部分单独计算,其计算结果和包含所有下部支承的整体模型结果相同;结构的温度应力可有效得到释放,小震及大震下抗震性能良好,用钢量较低。     

叉形桥梁的动力特性理论分析及模拟研究

叉形桥梁结构行为复杂,影响结构动力特性的因素较多,为较好把握其受力行为,有必要对叉形桥梁结构进行动力特性的研究.通过空间梁格的分析方法对典型叉形桥梁进行简化离散,然后基于通用有限元软件SAP2000,采用不同的支座形式对典型叉形桥梁结构的振动频率及振型进行了模拟分析,并讨论了主要结构参数对其动力特性的影响.研究结果是叉形桥梁结构基频为竖弯,不同支座设置对结构上部的动力特性影响显著,建议在设计时采取适当的措施提高横向刚度,确保结构的安全运营.     

堆内构件防断支承组件流致振动分析

堆内构件下部防断支承组件是反应堆堆内构件中堆芯下部支承结构的一个重要组成部分，它位于堆芯吊篮组件的下面，并处于堆内流场中复杂的流体交混区，为保持防断组件的结构完整性，必须对其进行流致振动分析。本文以某300MWe反应堆堆内构件防断组件为研究对象，研究了随机湍动力、拟静态湍动力、旋涡脱落、吊篮运动等流体激励机理对防断组件流致振动的影响。用SRSS法对各激励机理作用下防断组件的各阶动态反应进行组合后，计算了由于流致振动引起的结构动态载荷，为防断组件的应力分析与评定提供了依据。     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的弹性响应分析

基于Euler-Bernoulli梁理论,分析了具有粘弹性支座的钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹性动力响应问题。根据准静态Hertz接触理论和梁的横向振动方程,建立了梁在弹性阶段的动力响应方程组,给出了梁动力函数和支座动力函数的计算方法。研究表明:粘弹性支座使梁的位移峰值减小,而且位移到达峰值的时间也有所延后,有利于提高梁结构的抗冲击能力。与刚性支承相比,粘弹性支座的附加惯性力降低了梁动力函数和支座动力函数值,并降低了梁的振动频率;梁动力函数和支座动力函数值随支座阻尼增大而减小,且支座阻尼加速了动力函数值衰减;除了采用粘弹性支座外,缩短冲击荷载的作用时间也可以减小结构的动力响应。     

桥梁地震需求中随机参数的重要性分析方法研究

桥梁结构的地震需求不仅受地震动随机性的影响,而且受结构中随机参数的影响。为了分析各随机参数对结构地震需求的影响水平,提出采用重要性分析方法对各随机参数进行重要性排序。以常见的简支梁桥及连续梁桥为例,基于结构的非线性动力时程分析,分别采用Monte-Carlo数值模拟方法及核密度估计方法计算得到各随机参数基于方差的重要性测度指标及矩独立重要性测度指标。结果表明,对于中小跨径梁桥,针对桥墩、桥台及支座等不同构件的地震需求,随机参数的重要性排序并不完全相同,但是支座剪切模量、上部结构质量及阻尼比等参数对各构件地震需求的影响水平均排在前列;和Tornado图形法等局部敏感性分析方法相比,重要性分析方法在研究某个参数的重要性时能够考虑其他随机参数的影响,其应用更加合理。     

近场地震下隔震结构基底发生碰撞的鲁棒易损性曲线计算

用凸集模型模拟隔震结构参数(如刚度、质量、支座的屈服力和屈服后刚度等)的不确定性,而用随机模型模拟地震动输入的不确定性,提出了计算近场地震作用下在考虑双不确定性因素时隔震结构基底发生碰撞的易损性曲线计算新方法;提出了鲁棒易损性曲线的新概念,计算结果将给隔震支座力学参数的设计以及基底与限位墙之间空隙宽度的选取提供参考;通过计算实例中基底最大位移敏感度分析发现,上部结构的质量和隔震支座的力学参数(如屈服力、屈服后刚度等)对基底最大位移影响较大,而上部结构的刚度对其影响不大;此外,该文的研究内容也为考虑结构参数和输入地震动双不确定性因素的情况下,计算各类结构地震易损性曲线提供了一种新的思路和途径。     

光学跟踪仪器镜筒的振动频率与旋转轴支承

从轴承的接触理论和提出的振动模型所得到的计算方法,可以计算镜筒旋转轴支承的动、静力承载能力,支承刚度,镜筒的径向和扭转振动频率。把这些参数都用轴承的结构因素——滚子半径、轴承节径、密合因素、充填系数、接触角等来表示。由此可对光学跟踪仪器在总体设计时考虑镜筒振动频率的情况下,更合理的选定镜筒旋转铀的支承型式。并给出ATT的计算实例。     

移动荷载作用下三塔悬索桥的强迫振动研究

针对泰州大桥开展结构动力特性计算,分析了不同移动速度以及不同移动荷载大小对于三塔两跨悬索桥结构动力响应的影响。结果表明,三塔两跨悬索桥的一阶竖弯振动基频约为0.08 Hz,远低于载重汽车的固有频率,不会形成共振条件。简单的移动荷载作用下三塔两跨连续支承悬索桥的内力、位移响应与同等静力荷载作用效果比较接近。移动荷载的质量越大、速度越大,结构的内力、位移响应就越大,并与车重呈近似正比例关系。结构内力、位移的荷载放大系数不随移动荷载质量的大小而改变。     

低速冲击下RC梁的动态响应和破坏机理研究

考虑材料非线性和应变率相关性等因素的影响,运用LS_DYNA非线性有限元软件对RC梁横向低速冲击试验进行了数值模拟,从动态损伤扩展、冲击能量转化等方面研究了RC梁的冲击响应过程和破坏机理。结果表明：RC梁的冲击响应过程可分为局部响应、整体响应和回弹变形三个阶段;RC梁的损伤主要发生在局部响应阶段,梁体变形主要发生在整体响应阶段;局部响应阶段的冲击力完全由梁体惯性力平衡,整体响应阶段的变形模式和截面弯矩分布与刚塑性模型基本相同;受拉钢筋变形耗能是RC梁最主要的冲击耗能机制。     

预应力CFRP布加固损伤RC梁的动力特性研究

从理论上推导了预张力与损伤RC梁固有频率之间的定量关系。同时进行了预应力CFRP布加固RC梁的动力特性试验,测定不同预张力条件下,完好梁与损伤梁的一阶频率值。而后利用ANSYS软件建立钢筋混凝土完好梁的有限元模型,根据损伤梁的动力测试结果,运用优化分析的方法得到损伤梁混凝土刚度折减系数;利用一阶频率的试验值对公式进行线性拟合,得到频率影响因素及损伤梁频率计算公式。最后将加固损伤梁一阶频率的理论值与试验值进行比较,发现在低预应力作用下,理论计算结果基本能反映出试验值随预张力变化的趋势,试验值与理论值吻合较好。     

多肋式梁桥模态参数分解识别与试验研究

针对现役大量的多肋式钢筋混凝土板梁和T梁桥在横、纵桥向表现出的明显正交异性构造特征,将多肋梁等效成比拟正交异性板,应用动力分析有限条方法,建立起系统自由振动数值模型,从而实现整桥模态参数向单肋梁的分解和识别。根据模型试验桥从完整到破坏不同荷载等级作用下室内动力试验成果,选取能够反映钢筋混凝土梁振动响应特性的截面等效动刚度作为目标参数进行预测。通过对结果规律对比分析,验证了本方法在该类桥梁结构检测评估中应用的可行性和高效性。     

冷弯薄壁型钢梁-OSB板组合楼盖静力挠度及振动性能试验研究

对冷弯薄壁型钢梁-OSB板组合楼盖足尺模型进行改变边界条件的振动试验, 研究组合楼盖在四边支撑和梁端简支、四边支撑和梁端固结、两边支撑和梁端简支、两边支撑和梁端固结四种不同边界条件时静力荷载下的挠度及人沿平行和垂直楼盖梁方向行走、脚跟冲击、沙袋从空中落下、激励锤冲击不同动力荷载工况下的自振频率。研究表明：边界条件的变化会引起组合楼盖挠度和自振频率的变化, 可以通过改变边界条件来提高组合楼盖的振动性能;边界条件不同时组合楼盖在1kN集中荷载作用下跨中挠度均小于2mm, 在动力荷载作用下除个别情况外自振频率均高于15Hz, 建议组合楼盖在1kN集中荷载作用下跨中挠度限值设为2mm, 振动舒适度要求较高时自振频率限值设为15Hz。另外, 采用等效刚度法提出的理论公式能较好地预测不同边界条件时组合楼盖在静力荷载下的挠度及动力荷载下的自振频率。     

考虑剪切变形影响的斜梁桥自振频率的解析方法

斜梁桥振动频率没有显式解,给使用《公路桥涵设计通用规范》方法计算冲击系数带来不便。考虑斜梁桥振动时的弯扭耦合效应,分别采用修正的Timoshenko梁理论建立其弯曲振动的动态刚度矩阵,采用Saint-Venant扭转理论建立其自由扭转振动的动态刚度矩阵,结合斜支承边界条件,导出斜支承坐标系下的动态刚度矩阵,提取弯矩-转角的刚度方程,根据其奇异条件建立关于斜梁桥自振频率的超越方程,采用二分法对超越方程进行求解以得到自振频率。该文分析了一座标准A型单跨斜箱梁桥考虑与不考虑剪切变形影响时的前5阶振动频率随斜交角的变化,比较了正交简支初等梁和正交简支深梁、斜支初等梁和斜支深梁的前5阶频率。结果显示：斜梁桥基频随斜交角的增大而增大、第2阶频率随斜交角的增大而减小;斜梁桥振动频率的计算应采用考虑剪切变形影响的深梁理论。     

Effect of specimen size on flexural compressive strength of reinforced concrete members

It is important to consider the effect of member size when estimating the ultimate strength of a concrete flexural member, because the strength always decreases with an increase of member size except for well-reinforced members. Research conducted previously in this area include axial compressive strength size effect on cylindrical specimens and flexural compressive strength size effect on C-shaped specimens, notched cylindrical specimens, and axially loaded double cantilever beam (DCB) specimens. Since the most widely used flexural member type is reinforced concrete (RC) beams, it is logical to extend the study of flexural compressive strength size effect to flexural loaded RC beam members. Previously, several researchers have reported from their studies that flexural compressive strength size effect does not exist. However, the analyses show that the specimens used for the study had limited size variation and the neutral axis depth variations were too similar to show distinct size effect. Therefore, this study enforced distinct neutral axis depth variations for all of the tested specimens.In this study, the size effect of a RC beam was experimentally investigated. For this purpose, a series of beam specimens subjected to four-point loading was tested. RC beams with three different effective depths were tested to investigate the size effect. The shear-span to depth ratio and the thickness of the specimens were kept constant to eliminate the out-of-plane size effect.The test results are curve fitted using Levenberg–Marquardt’s Least Square Method (LSM) to obtain parameters for Modified Size Effect Law (MSEL) by Kim et al. The analysis results show that the flexural compression strength and ultimate strain decrease as the specimen size increases. Comparisons with existing research results considering the depth of neutral axis were also performed. They also show that the current strength criteria-based design practice should be reviewed to include member size effect.     

Pitting corrosion and structural reliability of corroding RC structures: Experimental data and probabilistic analysis

A stochastic analysis is developed to assess the temporal and spatial variability of pitting corrosion on the reliability of corroding reinforced concrete (RC) structures. The structure considered herein is a singly reinforced RC beam with Y16 or Y27 reinforcing bars. Experimental data obtained from corrosion tests are used to characterise the probability distribution of pit depth. The RC beam is discretised into a series of small elements and maximum pit depths are generated for each reinforcing steel bar in each element. The loss of cross-sectional area, reduction in yield strength and reduction in flexural resistance are then inferred. The analysis considers various member spans, loading ratios, bar diameters and numbers of bars in a given cross-section, and moment diagrams. It was found that the maximum corrosion loss in a reinforcing bar conditional on beam collapse was no more than 16%. The probabilities of failure considering spatial variability of pitting corrosion were up to 200% higher than probabilities of failure obtained from a non-spatial analysis after 50 years of corrosion. This shows the importance of considering spatial variability in a structural reliability analysis for deteriorating structures, particularly for corroding RC beams in flexure.     

Effects of Broadband Laser Generated Ultrasound on Array Gain

Array gain is a common parameter used in laser phased array research. This paper will present a new parameter called the frequency modulation of laser phased array (FMLPA). The array gain model for laser phased arrays was derived using an assumption that ultrasound from each array member interferes with each other. This would be always true if laser generated ultrasound is narrow band. However, laser generation of ultrasound is broad band. Broad band ultrasound signals have short duration in the time domain. If the time delay between generated wave fronts from each array member is longer than the duration of the broad band ultrasound signal from each array member, the ultrasound signals from each array member will not interfere with each other. The time delay between generated wave fronts from each array member is 0 s at a laser phased array’s beam steering angle and increases away from the beam steering angle. Therefore, ultrasound from each array member always interfere at angles close to the beam steering angle. However, ultrasound from each array member may not interfere at angles away from the beam steering angle depending on the time delay between generated wave fronts and duration of the broad band ultrasound signal. A theoretical model of the FMLPA was developed and experimentally verified for use when ultrasound from each array member does not interfere with each other. It was experimentally verified that current array gain equations still apply when ultrasound from array members interfere with each other. The FMLPA can be used to create new techniques for measuring weld penetration depth, crack location, and dimensions of objects.     

考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁1/2次谐波共振响应分析

土-结构相互作用系统动力响应的基本特征之一是有限范围内弹性地基与其支承结构共同运动,将土体运动引入系统的动力学方程可体现其对系统动力学特性的影响。基于考虑有限深度土体运动影响的Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程,利用Galerkin法和多尺度法,求得弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应方程和位移的二阶近似解。进而通过数值计算,得到了梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线,研究了地基深度、质量、弹性模量、Winkler参数和阻尼等对弹性地基梁1/2次谐波共振响应的影响。研究结果表明:有限深度土体运动对Winkler地基梁1/2次谐波共振响应影响显著。运动方程中引入土体运动的影响后,梁1/2次谐波共振区间明显减小。随地基深度、质量和弹性模量改变,弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线偏转程度、共振区间和响应幅值等均发生定量改变。当弹性地基刚度增大到一定程度,Winkler地基参数变化对系统1/2次谐波共振响应的影响明显减弱。阻尼对系统动力响应起抑制作用,当参数η增大到一定值后将不会出现1/2次谐波共振响应的非平凡解。     

钢筋混凝土异形柱空间框架抗倒塌试验研究

预知结构在偶然荷载作用下的失效机理和提供新荷载路径是异形柱框架结构抗倒塌设计的重要内容。进行1/3比例的两层3×2跨的底层边柱、角柱的突然失效试验及拟静力倒塌试验。分析钢筋混凝土异形柱空间框架的试验现象、裂缝分布、破坏过程及荷载-位移等,进行异形柱空间框架受力过程分析,研究异形柱空间框架结构的受力机制转换过程。研究结果表明：动力效应对异形柱空间框架的影响效果并不显著。试验中没有出现钢筋被拔出现象,裂缝主要集中在竖向构件支座处;异形柱空间框架的边柱、角柱倒塌破坏过程均经历了弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和悬链线阶段,边柱表现的悬链线效应远大于角柱的;楼板及梁的钢筋产生的悬链线效应在异形柱空间框架抗倒塌中发挥重要作用。