跑步荷载下大跨结构的竖向振动加速度反应谱研究

采用无线测力鞋垫实测了24人次372条跑步荷载,计算了每条时程所对应的单自由度系统的加速度反应谱,取每位测试者所有的计算反应谱曲线的包络线为其代表谱线,在分析所有代表谱线特点的基础上提出了设计反应谱的形式及其数学表达式,包含六个部分：三个平台段以及它们之间的连接线。由试验数据的分析确定了不同阻尼比和保证率下各部分设计谱参数的取值,并讨论了结构跨度、跑步步距、高阶振型和边界条件对反应谱的影响,提出了不同谱代表值之间的转换关系。该文给出了设计反应谱的详细使用步骤并通过工程实例验证了其可行性。     

静风荷载下大跨斜拉桥上无缝线路受力与变形

大跨度斜拉桥在自然风场中易因自身柔度特性发生位移变形。为研究静风荷载作用下大跨斜拉桥上CRTS(China Railway Track System)双块式无砟轨道无缝线路桥梁及轨道结构在空间三向的力学性能分布规律,参照某一四线预应力混凝土斜拉桥工程实例,基于有限元法建立了大跨斜拉桥上无缝线路精细化空间耦合模型,分析了横桥向静风荷载作用下桥梁体系及桥上轨道结构的力学性能。分析结果表明：桥梁及桥上轨道结构三向(应)力最大值基本分布在斜拉桥跨中及边墩附近;各结构三向(应)力中,底座板、桥梁结构纵向应力峰值最大,约为横向应力峰值的8倍,约为竖向应力峰值的7倍、15倍,轨道板结构表现为横向应力峰值最大,且与其余两向应力峰值之间差距较小;各结构三向位移中,横向、竖向位移均在跨中及附近达到最大值,纵向位移在斜拉桥边墩附近达到最大值,其中,横向位移峰值是其余两向位移峰值的20余倍;桥梁两侧构件竖向、纵向位移方向相反,即桥梁表现为静风作用下的倾覆、弯曲倾向。研究成果可为风环境中大跨斜拉桥上线路设计、维护检修以及健康监测提供理论依据。     

复杂体型大跨建筑的风荷载预测与抗风设计

该文针对防城港文化艺术中心项目在抗风设计中的相关问题,综合运用CFD数值模拟方法、刚性模型测压试验和动态风振计算等研究手段,深入分析了该大型复杂体型大跨建筑屋盖表面的风荷载,为结构设计提供了详尽的风荷载数值依据。即在建筑方案阶段,采用CFD数值模拟对屋盖风压进行初步研究,将得到的平均体型系数作为初步设计的依据;确定建筑...     

竖向荷载下半刚接组合框架的有限元分析

为了分析连接弯矩-转角关系和荷载大小对组合框架性能的影响,该文采用有限元方法,考虑了连接弯矩-转角关系、楼板的组合效应和几何非线性的影响,通过引入能直观反映连接刚度的端部约束系数来修正现有刚接框架的结构刚度矩阵和杆件固端力。研究表明:连接弯矩-转角关系对框架内力和位移影响较明显;在半刚接阶段0.143相似文献   

群体高层建筑风荷载干扰效应的数值研究

采用可实现的k-ε湍流模型,对处于B类地貌风场中由4栋复杂体型高层建筑组成的建筑群进行了静力风荷载和风场的数值模拟,计算得出了群楼周围的流场分布和建筑表面各测点的风压,与风洞试验结果比较表明:数值模拟方法具有较好的精度,可用于两个以上的复杂体型高层建筑群楼的静力干扰研究。着重讨论了复杂体型高层建筑物之间的静力干扰效应,结果表明:串列布置时,上游建筑对下游建筑的迎风面和侧风面都有影响;而并列布置时,静力干扰作用只发生在相邻建筑物的侧风面,对相邻建筑物的迎风面影响很小;静力干扰效应随高度有显著的变化,尤其对高低错落的建筑群,表现为明显的三维效应。     

跳跃荷载动力特性与荷载模型实验研究

利用三维动作捕捉技术结合固定测力板,分两阶段开展了100人次5种跳跃频率的单人跳跃荷载实验。利用22 921条有效单次跳跃荷载曲线,研究了跳跃频率、脉冲系数及接触率3个控制参数的变化范围与规律,并提出了单次跳跃的修正半正弦平方荷载模型。在参数相关性研究基础上给出了模型参数的取值方法,以及仿真生成连续跳跃荷载时程的计算步骤。通过仿真生成的跳跃荷载曲线与实测曲线的时程特征对比,以及单自由体系结构响应对比说明了所建议荷载模型的合理性,可用于结构振动舒适度设计问题。     

大跨平屋盖的多目标等效静风荷载研究

对平面桁架和空间网架两类典型平屋盖结构形式,研究针对所有关键节点位移和所有构件内力的多目标等效静风荷载。风振响应分析结果表明,两类结构风振响应中,共振响应明显大于背景响应,且第1阶振型起主导作用,根据该特性,用第一阶振型惯性力表示其多目标等效静风荷载,采用最小二乘法确定振型惯性力的组合系数。在工程常用的范围内,系统分析结构跨度、屋面质量、设计风速和风向等参数对平面桁架和空间网架多目标等效静风荷载的影响,得到可用于指导该类结构抗风设计的等效静风荷载风压系数的建议公式,且经校核,在该荷载静力作用下的结构响应与实际动力响应极值吻合较好。     

步行荷载下大跨楼盖MTMD控制参数优化方法研究

采用多重调谐质量阻尼器(MTMD)来控制大跨楼盖由于行人引起的竖向振动,已被工程实践证明为一种行之有效的减振方法。然而由于步行荷载的时空复杂性,采用有限元时程分析方法进行MTMD最优参数设计时的计算成本过高,甚至难以实现。为此,提出一种步行荷载下大跨楼盖-MTMD参数优化的混合算法,利用有限元获得楼盖模态后再由振型分解法计算移动步行荷载引起的结构响应,进一步结合遗传算法,研究考虑结构动力特性变化的MTMD参数优化问题。最后,以某体外预应力楼盖为例进行了MTMD频率和阻尼比的优化设计,讨论了楼盖固有频率和阻尼比变化对减振效率的影响,对比了考虑与不考虑结构特征改变的MTMD参数优化结果。结果表明,所建议的混合算法可显著提升计算效率并获得优化的控制参数,可用于同类大跨楼盖MTMD控制参数设计问题。     

三塔两跨悬索桥行波效应振动台试验及数值研究

为了研究行波效应对大跨多塔连跨悬索结构抗震性能的影响,以泰州长江公路大桥为背景,设计并制作1/40缩尺比例模型,进行了全桥振动台模型试验。采用中塔与主梁间弹性索连接的纵向约束结构体系,试验分别测试了不同视波速下行波效应对全桥位移响应的影响。振动台试验表明,考虑行波效应时,中塔顶位移、北塔梁纵向相对位移会有明显增大,最大增幅在50%以上;主桥梁与引桥梁纵向相对位移也会有明显增大,增大幅值在1倍以上。因此,仅考虑一致地震激励不能保证大跨度多塔悬索桥的结构安全。通过比较试验结果和数值计算结果可以发现,试验结果与有限元数值模拟结果较为接近、吻合较好。数值计算所采用的绝对位移法分析行波效应方法操作简单,力学概念清晰,可方便的应用到大跨度桥梁行波效应分析中。     

多点输入下大跨空间网格结构的强度破坏研究

考虑了材料非线性,对大跨空间网格结构在多点和一致输入下进行动力响应分析。通过对极限加速度峰值、最大节点位移时程、塑性杆件数量和分布及网壳破坏形态这些重要参数的统计、对比、分析和归纳,剖析了大跨空间网格结构在多点输入和一致输入下的强度破坏机理。     

爆炸冲击荷载作用下方舱的极限承载力计算与加固分析

为了确定方舱在爆炸荷载作用下的极限承载能力和承受0．05MPa的冲击波荷载需要采取的加固措施，采用ANSYS MECHANICS／LS——DYNA有限元软件对某整体大板力舱的静、动力响应进行了数值计算。结果表明，船体的静、动力极限荷载分别为0．01125MPa、0．020MPa；通过五种加固方案的比较和优选，得到了方舱的最佳加固方案，其成果可为方舱加固设计的抗爆试验方案提供参考。     

新型误差可调弦支穹顶模型加载试验研究

弦支穹顶结构是一种由上层网壳结构和下层索杆体系复合而成的结构体系,上层网壳节点的初始安装偏差是影响结构受力性能的重要因素之一。为此,提出了多向误差可调节点的概念,容许与节点相连的网格杆件在水平方向、竖直方向和杆件轴线方向进行空间三维多向调整,进而能够调节节点空间几何位置。设计了一种针对弦支穹顶结构的多向误差可调节点,并对其进行了分级加载试验,结果表明该节点受力在加载过程中始终处于弹性范围以内,验证了其安全性和可靠性。然后,制作了一跨度为3m的节点误差可调弦支穹顶模型,提出了误差可调节点的安装调节流程,分别对节点位置误差未调整和调整的结构进行了静力加载试验,试验结果表明：误差调整后的结构试验位移值比未调整的小,误差调整后的结构杆件轴力分布较合理,且荷载-位移曲线和荷载-轴力曲线都具有较好的线性关系,结构的受力性能得到了改善。     

高强度结构钢材单调荷载作用下的本构模型研究

钢材在单调荷载作用下的本构模型是进行结构分析的基础。为了更为准确地计算高强钢结构响应和分析构件的受力性能,为工程设计人员应用高强钢提供参考,该文在总结已有试验研究、开展大量拉伸试验的基础上,更新了高强钢多折线本构模型的参数,以Ramberg-Osgood模型为基础标定了适用于高强钢的非线性本构模型。通过和试验数据的对比,证明非线性本构模型能够很好地模拟高强钢在单调荷载作用下的应力-应变关系。为了兼顾准确性和效率,该文还提出了修正的多折线本构模型,在反映高强钢非线性的材料性能的同时本构模型也相对简单。     

结构钢材循环荷载下的本构模型研究

在抗震分析中,钢材在循环荷载下的一维本构模型是结构抗震设计时进行结构弹塑性地震响应分析的基础.为了更为准确地模拟结构的地震反应,并能够在实际工程中应用,该文提出了结构钢材Q235B、Q345B 在循环荷载下的单轴简化本构模型,其中包括：单调加载曲线、循环骨架曲线以及滞回准则,通过建立数学模型对钢材循环荷载作用下的反应进行描述.根据提出的模型并基于大型通用有限元软件ABAQUS 提供的用户子程序接口UMAT,开发了适用于结构分析的钢材单轴循环本构模型.通过与多种加载制度下钢材反应的试验数据进行对比,进而证明该文所提出模型的正确性以及适用性,保证其用于钢结构体系在地震作用下弹塑性时程分析时的精度和可行性.分析结果表明：钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的反应有很大的差别,循环荷载下的骨架曲线对于准确的数值模拟起到重要作用;钢材在循环荷载下的滞回准则也与现通用有限元软件中的本构模型有较大区别,这对于抗震计算设计的准确性有一定的影响.     

不同加载模式下方钢管混凝土力学性能试验研究与理论分析

对钢管和混凝土同时受力和核心混凝土受力的构件进行了试验研究,考虑了钢管和混凝土之间的粘结力对构件力学性能的影响。同时采用有限元法对钢管和混凝土同时受力、核心混凝土受力和钢管存在初应力的构件进行了理论分析。理论分析结果和该文的试验结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。在此基础上对比分析了3种加载模式下构件受力性能的异同,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率等参数对构件力学性能的影响。研究表明:当含钢率较低时,钢管与核心混凝土同时受力构件的刚度和承载力要明显高于核心混凝土受力时构件的刚度和承载力;在3种不同加载模式下,试件的承载力都要高于钢材和混凝土两者承载力的简单叠加;核心混凝土受力时构件的延性要优于同时受力时构件的延性;钢材屈服强度对核心混凝土受力构件的承载力影响很小,提高钢材屈服强度能提高构件的延性。     

PBL剪力连接件粘结滑移性能的静载推出试验研究

PBL 剪力连接件是组合梁桥中波纹钢腹板和混凝土上下翼缘板连接的关键构造,研究PBL 剪力连接件的粘结滑移性能是连接件设计的关键环节。该文简要介绍了PBL剪力连接件的发展和研究现状,结合波形钢腹板PC 组合箱梁桥工程背景,进行了4 个PBL 连接件的静载推出试验,分析了腹板厚度和孔径大小对连接件粘结滑移性能、极限承载能力和破坏机制的影响。实验结果表明,各个试件有相似的滑移趋势并表现出一定的延性,随着腹板厚度和连接件孔径的增大,极限承载能力增强。同时,通过对荷载和水平位移关系的分析,得到连接件的受力机理为：在受力初期,混凝土受到剪力件的力传递发生变形向外膨胀;随着荷载的增大,剪力件发生明显滑移,混凝土发生向外侧的位移。剪力连接件腹板、翼缘和钢腹板上的应变发展趋势符合加载受力的传递机理。最后,对比和分析了连接件极限承载力的理论结果和试验结果,阐述了影响极限承载力的主要因素,并且在考虑安全实用意义的基础上,提出了一个新的估算公式,可以较好地估算本次试验结果。     

基于GPD模型的车辆荷载效应极值估计

桥梁的服役安全问题一直广为人们关注。过去由于缺少实地通行车辆数据,新桥设计和旧桥评估都采用规范中的荷载模型。动态称重系统(WIM)能够提供准确的车辆信息,但利用WIM数据进行设计基准期内最大荷载效应估计时,又面临着概率模型在高分位点上不准确的问题。为解决这个问题,该文提出基于GPD模型的尾部拟合方法,以实现对基准期内车辆荷载效应极值较为准确的估计。该方法首先依据车辆荷载过程的特点对GPD模型的表达形式进行改进,然后利用最小均方差准则(MSE)对GPD模型中的参数进行估计,并对截尾GPD模型进行合理修正,从而得到修正的GPD模型。利用该模型,该文对国内某大桥实测车流量数据进行了系统分析和车辆荷载效应极值估计,并与规范方法进行了比较。结果表明:该文提出的基于GPD模型的计算方法能够合理预测未来车辆荷载效应的极值,而规范方法在中短评估期内对车辆荷载效应的估计存在偏低的风险。     

钢-混凝土组合扁梁的承载性能研究及工程应用

组合扁梁由于具有降低结构层高,改善钢结构的防火性能,而且能够满足建筑上对大空间的无柱要求等优点,在多层钢结构建筑中有广阔的应用前景。对组合扁梁的发展和国内外的研究历史进行了回顾;通过理论分析、有限元计算以及试验研究等手段对叠合板组合扁梁、深肋组合扁梁的刚度、承载力、有效宽度以及粘结力等问题进行了研究,重点提出了刚度和承载力的计算方法;对组合扁梁在某工程中的应用进行了介绍;最后提出了组合扁梁研究中急需解决的问题并对其研究趋势进行了展望。     

岩体结构面切向循环加载本构关系研究

回顾岩体结构面切向循环加载的力学试验和数值模型,并建立新的本构模型。在粘接状态下,结构面切向本构关系表示为由双曲线和直线段组成的滞回曲线。在接触状态由粘接变为滑移的过程中,峰值摩擦角以双曲线函数逐渐降低至残余摩擦角,体现出峰值剪切特性。考虑结构面切向与法向耦合的剪胀关系,建立相应的接触刚度矩阵,并引入初始剪胀角和残余剪胀角来建立分段抛物线形式的剪胀曲线。循环加载导致的磨损对结构面的摩擦和剪胀特性均产生影响,通过以切向塑性功指数函数表示摩擦角和剪胀角的磨损过程。模型在物理意义上反映了切向循环加载的特性,计算结果能较好地拟合试验曲线。     

钢管高强混凝土轴压短柱承载力性能的试验研究

本文报导了21个钢管混凝土轴压短柱的试验研究,其中18个钢管高强混凝土试件,3个普通钢管混凝土试件。试验的主要参数是套箍系数ξ。研究结果表明,当套箍系数较小时,钢管径向变形对钢管高强混凝土极限承载力有影响。