水平弹性支承圆弧钢拱的弹性屈曲分析

钢拱常支承于其他结构上.拱脚受到弹性约束并出现水平位移,弹性约束会显著影响拱的力学行为.该文得到了水平弹性支承拱在沿弦长均匀分布的面内竖向荷载作用下的内力及位移的解析解,构造了一个无量纲化柔度系数.利用这个参数,对线性解进行分析,提出了计算跨中轴力和拱脚支座位移的理论公式.根据跨中轴力大小,提出了在线性计算范围内划分拱...     

考虑弹性压缩的弹性支承抛物线拱内力解析解

为解决非理想边界约束的拱结构内力理论计算问题，将非理想边界约束简化为弹性支承，基于弹性中心法对其力法方程进行简化，考虑弹性压缩的影响，采用精确曲线积分，推导了竖向移动荷载作用下计算弹性支承抛物线拱刚臂长度、常变位、载变位和内力的解析解，研究了弯压刚度比、矢跨比和水平弹性约束对支承处水平推力的影响规律，以及水平弹性约束对拱轴内力分布的影响。研究表明：该文提出的解析解物理概念清晰、正确可靠，可以显式地明确呈现弹性支承相关参数对内力计算的影响过程；不考虑拱肋弹性压缩影响导致的水平推力计算误差随弯压刚度的增大而增大，拱趾支承为刚性约束时误差最大，可以达到27.8%；水平弹性支承对拱轴内力分布和水平推力具有显著的调控作用；水平推力影响系数随矢跨比的增大呈非线性增大，当弯压刚度比为1.93、水平弹性支承柔度系数为0.02时，常见矢跨比对应的水平推力影响系数在0.15左右。     

弹性边界下圆弧拱的自由振动分析

工程中圆弧拱的边界不能总被简化为理想的简支或固支形式。为了研究弹性支承对圆弧拱自由振动特性的影响规律,将力、位移等变量无量纲化。根据平衡方程和坐标转换推导得出极坐标下圆弧拱在水平、竖直和转动方向支撑条件为弹性时的边界条件方程。并采用考虑弯曲和轴向变形而忽略剪切变形及转动惯量的自由振动的运动控制方程。运动方程在边界条件情况下,其解仅为关于矢跨比f,细长比s和无量纲刚度阵[K]的函数。采用Runge-Kutta法和行列式搜索法求解运动方程的特征值即无量纲频率Ωi以及特征向量即振型。通过计算发现,与理想支撑相比,弹性支承情况下细长比s对拱自振频率的影响要明显下降。理想支撑情况下圆弧拱的自振频率越高,则弹性支承对其自振频率的影响越小。与水平和竖向弹性支承相比,转动方向弹性支承仅对圆弧拱基频有较大影响。     

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。     

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。     

地震作用下基于性能的中小跨径梁桥横向支承约束系统设计优化EI北大核心CSCD

支承约束系统对中小跨径梁桥抗震有显著意义,该研究提出一种基于性能的方法优化桥梁的支承约束系统参数。以汶马高速公路中的简支梁桥群组为例,采用铅芯橡胶支座进行桥梁横桥向的抗震性能优化。首先参数化建立桥梁的OpenSees有限元模型,对桥梁支座—挡块组成的支承约束体系的初始设计进行非线性时程分析;由logistic回归得到了以工程需求参数(engineering demand parameter, EDP)为条件的桥梁构件级易损性函数,推导了桥梁的统一系统级性能指标修复成本比(repair cost ratio, RCR),将其作为优化程序的目标函数;利用遗传算法建立了支承约束系统设计参数的优化程序。研究结果表明:在以EDP为条件建立的桥梁构件级易损性函数中,桥墩和支座的损伤概率对不同的支承约束系统设计不敏感,推导的RCR可以涵盖不同的支承约束系统。利用该程序优化了案例桥梁群组的铅芯橡胶支座约束系统设计参数,当支座屈服强度约为(0.16±0.02)倍的桥墩屈服强度,支座屈服后刚度约为(0.054 8±0.008 1)倍的桥墩弹性刚度,挡块与主梁的间距为0.098 m,挡块刚度取为185×104kN/m时,桥墩和支座产生的地震响应能够显著降低桥梁的RCR。     

爆炸荷载下RC梁系的解析分析

对梁系结构在爆炸荷载作用下的动力计算问题进行了研究,由于支承构件的变形性,梁系结构可归结为第二类的动支座问题。建立了梁系的动支座计算模型,推导并给出了梁系结构分别在弹性阶段和塑性阶段的动力计算公式,分析了影响梁系振动的主要因素和影响规律。研究表明:影响梁系结构振动的主要因素有两个,下部支承结构的基频ω0和无量纲参数ωθ,基频ω0和参数ωθ越大,上部构件的动力系数就越大。当ω0≥5ω时,下部构件对梁系振动的影响可忽略,认为上部构件是刚性支承。     

完全弹性支承变截面梁动力特性半解析解

基于Bernoulli-Euler梁理论对直接模态摄动方法进行改进,建立求解完全弹性支承变截面梁振动方程的半解析方法。改进摄动法(IPM)在等效等截面完全弹性支承梁的模态空间内将变截面简支、连续梁的变系数微分方程组转化为非线性代数方程组,获得完全弹性支承变截面梁动力特性的半解析解;推导弹性边界条件下系数Δkki的具体计算公式。算例分析表明,改进摄动法计算精度高、收敛速度快,可有效考虑弹性支承对结构动力特性影响;据振型的对称性给出完全弹性支承变截面对称梁动力特性的简便计算方法(SIPM);研究支座出现损伤对变截面简支梁桥自振频率影响。     

平板支座抗震性能的有限元研究

为了研究水平荷载下不同砂浆层厚度的平板支座节点的抗震性能及受力机理,该文利用有限元软件ABAQUS,模拟分析了8个砂浆层厚度为0 mm~50 mm的平板支座节点在单调和循环荷载下的破坏模式及承载力曲线,并将模型破坏模式及极限承载力计算值与试验结果进行对比,结果证明该模型可有效对平板支座的滞回性能进行计算分析。有限元计算结果表明,随着砂浆层厚度增加,支座节点极限承载力降低,支座锚栓由剪切变形变为弯曲变形;支座锚栓近似均匀受力;循环加载下平板支座的承载力相比于单调加载降低约30%。在有限元参数分析的基础上,综合考虑了支座锚栓的破坏机制及支座锚栓的变形对平板支座水平承载力的影响,总结平板支座的水平承载力主要由支座锚栓承担的剪力、支座锚栓轴力的水平分量及摩擦力组成,提出了平板支座节点水平承载力的计算公式。同时,在公式中引入折减系数0.7,考虑循环加载对平板支座节点水平承载力的降低。     

考虑双支座长度及其弹性时梁弯曲变形的解析解

文中对有限长弹性双支座支承的变截面梁的弯曲变形问题进行了分析,利用弹性基础上有限长梁的变形积分关系及分部积分法,导出了计算梁(包括其被支承段)挠度与转角的解析式。公式适用于变截面阶梯梁且其上作用有任意载荷的情形,以简便的方法,阐明了双支座长度及其弹性对复杂形状梁变形的影响。文中示出该方法在转子动力学中的应用实例,指出在轴承流膜的动特性研究中应考虑转子轴颈在轴承中的弯曲变形。     

钢筋活性粉末混凝土简支梁受弯力学性能试验与计算

活性粉末混凝土（RPC）与普通混凝土（OC）相比，具有超高的强度、高韧性和优异的耐久性，其构件承载力与刚度计算方法必然不同于普通混凝土构件。该文对4根钢筋活性粉末混凝土简支梁开展受弯性能足尺试验，获得了梁的开裂弯矩、极限弯矩及荷载-跨中位移曲线，揭示了RPC简支梁受弯变形特征与破坏模式，推导了钢筋RPC简支梁的开裂弯矩与正截面受弯承载力计算公式。结果表明:钢纤维RPC极限压应变为4394 με~5200 με，开裂应变为690 με~820 με，均远大于普通混凝土；由于添加了钢纤维，公式推导时必须考虑RPC拉区拉应力的影响，推导所得开裂弯矩、正截面受弯承载力及刚度公式计算值与试验值吻合较好，计算公式具有较高的精度，可用于钢筋RPC梁的设计计算。     

均匀受压两铰圆弧钢拱的平面内稳定设计曲线

采用大挠度弹塑性有限单元法对均匀受压两铰圆弧钢拱的平面内稳定性进行了研究,考虑了材料非线性、残余应力、初始几何缺陷的影响,得到了焊接工字型截面、热轧圆管截面和焊接箱型截面两铰圆弧钢拱的平面内稳定设计曲线,并与德国钢结构设计规范及美国结构稳定研究委员会的设计曲线进行了对比;建议的稳定设计曲线可用于均匀受压两铰圆弧钢拱的平面内稳定性设计,供我国拱形钢结构设计规程制定时参考。     

WCFT柱-钢梁节点抗震性能试验研究

提出了壁式钢管混凝土(WCFT)柱与钢梁连接的侧板式节点。为研究其抗震性能,设计了3个侧板式节点足尺试件进行拟静力试验,分析试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化和节点域应变。试验结果表明:3个节点试件的节点域均处于弹性阶段,满足侧板水平及竖向强度比的侧板式节点试件破坏形态为梁端塑性铰破坏,发生梁端塑性铰破坏的节点试件具有较好的变形和耗能能力;侧板水平或竖向强度比不足100%的侧板式节点试件呈现脆性破坏特征。在试验研究的基础上,结合梁端内力传导机制提出了侧板式节点在节点域外的三种破坏模式及相应判别公式,与试验结果基本吻合,从而为工程设计提供参考。     

闭合截面压弯钢拱的平面外稳定性能研究

该文针对压弯作用下闭合截面圆弧拱的平面外弹性屈曲性能及稳定设计方法进行研究。首先通过势能驻值原理分析均匀轴压力和弯矩同时作用下,钢拱的平面外弹性屈曲性能。在此基础上,在弹塑性范围内讨论弯矩对钢拱的平面外稳定削弱作用,推导得到考虑弯矩作用的压弯钢拱正则化长细比,进而将压弯钢拱的平面外稳定问题简化为纯压钢拱的稳定问题。该文提出的压弯钢拱平面外稳定设计方法与数值分析计算结果吻合较好,可用于钢拱的平面外稳定承载力设计。     

超高层建筑空间巨型框架的稳定计算

对超高层建筑空间巨型框架的稳定计算提出了一个新的简化计算模型,将空间巨型框架简化为巨型柱和弹性地基上的巨型梁的组合,二级框架柱考虑其轴向变形作为巨型梁的弹性地基,按空间刚架进行稳定计算。由算例的计算结果来看,简化模型及其分析方法是合理的,为超高层建筑空间巨型框架结构的整体稳定计算提供了一个合理可行的简化计算方法。     

倒三角截面空间桁架拱平面外弹塑性稳定设计方法研究

该文研究了倒三角截面两铰桁架拱和固支桁架拱的平面外稳定性能:首先介绍了倒三角形桁架拱的平面外弹性屈曲荷载,此后采用大挠度弹塑性有限元方法,通过引入纯压正则化长细比和纯弯正则化长细比,分别建立了纯压和纯弯桁架拱的平面外弹塑性稳定设计方法。在此基础上,研究了杆件的变形对桁架拱平面外整体稳定性能的影响,并通过两个相关系数将该影响体现在稳定承载力设计方程中。进一步,依据有限元数值计算结果,提出了全跨水平均布荷载或半跨水平均布荷载作用下桁架拱的轴力和弯矩稳定承载力设计方程,供倒三角截面桁架拱平面外稳定性设计。     

弹性支承输流管道在分布随从力作用下的稳定性

以两端弹性支承梁的振型函数为试函数,采用Galerkin法对在流动流体和分布随从力共同作用下管道的运动微分方程进行离散。通过求特征值,研究了两端弹性支承输流管道在分布随从力作用下复频率的变化以及失稳时的临界流速。分析了支承刚度、分布随从力、流速、质量比对输流管道振动与稳定性的影响。数值计算结果表明,支承刚度的变化对临界流速有较大的影响,支承刚度的变化和分布随从力的大小及方向会影响输流管道失稳类型。     

双曲冷却塔结构特性新认识

通过动力特性分析和等效静风荷载作用下响应分析,并借鉴简单圆环结构和悬臂结构的结构特性,对双曲冷却塔结构特性进行了阐述。研究发现,作为圆截面高耸空间薄壁结构,双曲冷却塔的静动力结构特性同时体现了简单水平圆环结构和子午向悬臂结构的特点:对于低阶模态,其振型是上下弹性支撑水平圆环结构(条带)和左右弹性支撑子午向悬臂结构(条带)振型的耦合,且频率主要受环向刚度控制;风荷载作用下塔筒位移和内力的环向分布与外表面风压分布模式一致,各荷载效应的最值主要受迎风区和侧风区风压影响并受环向风压分布的不均匀性所控制;子午向轴力的环向分布提供了整体抗倾覆弯矩,因此表现出明显的向下积聚现象,这也是悬臂结构顺风向整体倾覆弯矩的体现,并且这种积聚效应与子午线型有关。     

提高地铁车站结构抗震能力的理论及数值分析

1995年阪神地震中,地铁车站等地下结构遭受了严重的破坏,其中大开地铁车站破坏尤为严重,一半以上的中柱发生坍塌,为了提高地铁车站结构的抗震能力,本文基于第二类拉格朗日方程首先建立了地震荷载和轴力联合作用下柔性动边界梁动力响应的分析方法,并讨论了轴力和弹簧刚度与阻尼系数对动力响应的影响特点与规律,然后利用ABAQUS软件对阪神地震荷载作用下大开地铁车站在有无设置隔震器时进行了三维非线性动力分析。研究结果表明：)