用条件极值法求解静不定空间桁架

求静不定空间桁架内力的余能函数取最小值问题,是满足桁架节点平衡方程的条件极值问题,可利用静不定空间桁架的余能函数及节点平衡方程,构造一个新的能量泛函数.把新的能量泛函数对桁架内力求一阶偏导数且令一阶偏导数等于零,可得到桁架的变形协调条件,再结合桁架节点平衡方程,即可求得静不定空间桁架的内力,然后把静不定空间桁架势能函数对作用在桁架节点的外力求一阶偏导数,可以求得该节点的变形位移.     

两种筒仓水平支撑结构受力性能的分析及对比

选取直径均为30 m的空间钢管桁架与辐射梁水平支撑结构作对比,对两个模型分别施加0,800,1 600,2 400 k N的荷载,通过ANSYS有限元软件分析不同荷载作用下的两种结构体系,结果表明:两个有限元模型的位移都随着荷载的增大而增大,在相同荷载作用下,辐射梁支撑体系与空间钢管桁架竖向位移相差不大。杆件受力在弹性范围时,两种结构体系的最大竖向位移随荷载呈明显的线性关系。钢管桁架支撑体系比辐射梁支撑体系承受荷载能力更好。     

大跨度空间桁架结构拼装顺序研究

对于大跨度空间桁架结构,不同拼装顺序产生的结构位移和应力有很大不同,寻求合理的拼装顺序是控制桁架内部拼装应力的关键,采用Midas软件过程模拟方法对大跨度空间桁架拼装顺序进行深入研究.以两种典型的施工顺序为例,结合南京金鹰天地广场项目,对拼装过程中结构产生的应力和位移的相互影响进行分析.提出实际工程中合理选择拼装方案的重要性,可为后续类似工程提供参考.     

空间桁架结构的非线性追踪分析理论

本文提出了空间桁架结构基于Euler坐标描述的非线性分析方法.几何非线性分析包括考虑结构发生杆端大侧移、杆端大转角下的平衡条件,导出了杆件切线刚度矩阵的显式.材料非线性包括考虑压杆弹塑性失稳前和失稳后的荷载-位移路径.运用本文模型可追踪空间桁架结构外力与位移关系的全过程.     

消能减震技术在某大跨空间桁架结构中的应用研究

为研究屈曲约束支撑(BRB)与黏滞消能器(VFD)对大跨空间桁架结构的减震控制作用,在某会展中心大跨空间桁架结构部位设置BRB与VFD,利用有限元分析软件SAP2000对大跨空间桁架结构进行罕遇地震作用下的非线性时程分析。研究地震波输入时BRB与VFD对大跨空间桁架结构的减震控制机理,以空间桁架整体结构的位移、加速度及构件内力为减震控制指标,对比分析采用不同方案对结构抗震性能的影响。结果表明:在大跨空间桁架结构部分设置消能器可以有效地控制桁架在地震作用下的受力与变形,改善桁架部分的抗震性能;大震下消能器的滞回曲线均较饱满,消能器耗能能力良好;大跨空间桁架结构布置BRB较布置VFD减震效果更优。     

自立式塔架弯曲刚度分析及弯曲模态提取

采用分片桁架法将自立式铁塔塔架的弯曲刚度求解问题转化成二维平面问题,将塔架空间转角位移转化为各分片桁架上的平面位移,确定分片桁架的柔度系数,建立塔架空间弯曲刚度理论模型,并将模型与有限元模型计算值进行对比。通过数值计算,分析了杆件截面和空间分布等参数对塔架弯曲刚度的影响。同时计算了塔架整体刚度,并采用瑞利-里兹法计算了塔架弯曲模态。所建立的模型以及得出的结论可以为塔架弯曲分析提供理论基础。     

基于有限元的分层空间桁架法计算精度分析

通过分析分层空间桁架法与有限元法之间的计算差别来讨论分层空间桁架法的计算精度;对某电视塔分别用分层空间桁架法及有限元法在相同荷载条件下进行计算,认为有限元方法为精确解,并以此来分析分层空间桁架法的计算结果。分析结果如下:分层空间桁架法在结构截面形状及截面尺寸没有突变时误差较小,内力及位移计算误差基本可以控制在20%以内,内力较小的斜撑计算误差较大,但不影响设计,截面形状及截面尺寸发生突变时斜撑内力及层间侧移计算误差可达50%以上,此时分层空间桁架法不适用;在上下分布较为均匀的实际结构中,分层空间桁架法误差较小,可以用于结构初步设计以及与有限元计算结果相互校核。     

大跨度空间张弦桁架结构抗连续倒塌性能研究

大跨度空间张弦桁架结构在局部初始破坏下的传力模式和倒塌机理应深入研究。基于验证后的有限元模型,分别对拉索、柱、支座下弦杆失效下张弦桁架结构的抗连续倒塌性能进行研究,在此基础上给出提升此类结构抗连续倒塌性能的具体措施。研究结果表明:单榀张弦桁架传力路径单一,拉索和支座处下弦杆的失效会导致结构发生连续倒塌。由于纵向联系桁架的支撑作用,相邻榀张弦桁架参与工作,空间张弦桁架结构的最大应力及位移较单榀时大大减小,空间效应显著,在拉索、柱、支座下弦杆失效时均未发生完全倒塌。基于大跨度空间张弦桁架结构的抗倒塌模式,加强张弦桁架和纵向联系桁架交叉区域的弦杆及支座处腹杆、将单索换为双索能够有效提升大跨度空间张弦桁架结构的抗连续倒塌性能。     

宜兴大剧院大跨度空间桁架钢结构施工过程模拟研究

以宜兴大剧院钢屋盖工程为背景,对大跨度空间桁架钢结构施工过程进行模拟。采用ANSYS软件对钢屋盖进行了建模分析,对钢屋盖位移进行分析计算,同时提取钢屋盖下部钢桁架的变形及应力,找出位移及应力较大部分,为布置监测点提供依据。     

斜拉空间桁架结构在静力作用下受力性能研究

利用有限元分析软件ANSYS计算了某斜拉空间桁架在静力作用下的内力及自由端位移,归纳了内力系数与节间位置、预应力、斜拉索高度之间的函数关系;详细分析了斜拉索施加的初始预应力和斜拉索高度对该结构内力及自由端位移的影响,提出了斜拉空间桁架的临界预应变概念,回归出了自由端位移与初始预应变以及斜拉索高度的函数关系。本文的研究成果能够为斜拉空间结构的受力性能研究和工程实践提供指导。     

建筑结构竖向构件受力位移角计算方法及其限值研究

结构受力层间位移角是准确判别结构倒塌破坏的关键参数。通过计算构件反弯点或虚拟反弯点,建立了结构竖向构件计算受力位移角与试验位移角的对应关系,采用结构区格剪切变形建立了填充墙计算受力位移角与试验位移角的关系。在进行多遇地震和风荷载作用下的结构楼层弹性判别时,采用竖向构件计算受力位移角结合构件试验开裂的位移角进行判别较为准确。根据构件试验,给出柱和剪力墙的开裂位移角均值分别是1/350和1/1600,90%保证率下的开裂位移角分别是1/550和1/2300;填充墙开裂位移角限值与连接方法有关,普通连接开裂位移角均值为1/800,90%保证率下的开裂位移角为1/1500;柔性连接开裂位移角均值为1/600,90%保证率下的开裂位移角为1/700。对多遇地震作用下的框架结构和框架剪力墙结构分析表明,按规范要求控制楼层变形时,框架柱和剪力墙的受力变形小于其开裂位移角均值和90%保证率下的开裂位移角,填充墙普通连接时不能满足不开裂的要求,柔性连接时基本满足不开裂的要求。     

不同井斜角下的偏心环空固井顶替规律

为了研究不同井斜角下的偏心环空固井顶替机理,提高顶替效率,针对不同井斜角、不同顶替液-被顶替液密度差及不同顶替速度下的固井顶替过程进行了数值模拟,得到了不同条件下的顶替规律及顶替效率的优化方向。研究结果表明:在同等井斜条件下,随着顶替流体与被顶替流体密度差增大,固井顶替效率总体增大,且顶替速度越低,固井顶替效率越大;另外在同等注替参数条件下,小井斜段固井顶替效率高于大井斜角段顶替效率,且在高密度差及顶替速度较低的情况下,不同井斜段的顶替效率差异较小,井斜角对顶替效率的影响敏感性较弱;在不同井斜角条件下,顶替流体与被顶替流体密度差及顶替速度对顶替效率影响的敏感性不同,现场应根据实际井况及需求设计流体密度差及顶替速度,以获得所需的固井顶替效果,该研究结论为不同井斜段固井顶替施工方案优化提供了理论依据。     

充气锚杆循环荷载作用下的位移规律试验研究

充气锚杆是一种新型扩大头锚杆,在软弱地基区域工程建设以及海洋资源的利用过程中,有其特殊的优势。笔者设计自制了充气锚杆实验槽,利用该实验槽开展了砂土中的充气锚杆循环荷载试验,揭示了砂土充气锚杆循环荷载作用下的位移变化规律。结果表明:(1)充气锚杆抗拔过程分为3个阶段:弹性位移阶段、弹塑性位移阶段和塑性位移阶段,前2个阶段,充气锚杆的塑性位移与荷载成指数函数关系;(2)随着循环荷载峰值的增加,充气锚杆在循环荷载下的位移发展速度增加,单次循环下的残余位移量与总残余位移量增加,最终的位移量也相应地增加。(3)极限抗拔承载力随着循环次数的增加而变小。     

计算复合土钉支护变形的增量方法

根据复合土钉支护位移产生的原理提出了一种计算复合土钉支护位移的方法。为表述复合土钉支护增量应力释放引起增量位移的变形原理,文中引入了一种释放力。该力作用在土钉面层上,引起了土钉支护的变形。假定土钉支护的增量位移由三部分组成:即释放力引起的开挖面变形、当前开挖面变形对上层开挖面和下层开挖面的附加位移。通过简单的理论推导,文中得出一计算复合土钉支护位移的公式。同时计算了两个成层土层中的复合土钉支护位移,计算结果与实测数据比较吻合。     

平面波入射下深水地基场地动力响应分析

建立了深水地基场地分析模型,基于单相弹性介质、Biot流体饱和多孔介质和理想流体弹性波动理论,分别推导了平面P波或SV波入射时该深水地基场地波动问题的解析解,并得到水下地层表面位移的表达式,分析了土的刚度、饱和度及入射角等因素变化时水深对场地位移响应的影响。结果表明:水深对水平位移峰值的影响较小,而共振频率随着水深的增加而增大;竖向位移峰值和共振频率并不随水深的增加而单调增加;同一水深下,饱和土层的刚度越小,水平及竖向位移峰值越大,共振频率越小;与完全饱和相比,土层饱和度的微小变化会使竖向位移峰值显著增大,共振频率减小,但水平位移峰值和共振频率基本上不受饱和度的影响;在基本频率下,当P波作用时,水深对水平位移的影响随着入射角增加先增加后减小,有水时在不同入射角下水深对竖向位移的影响较小;当SV波入射和有水条件下,对于不同的入射角水平位移均随着水深的增加而减小,在入射角35°到45°范围内竖向位移随着水深的增加而减小,除此范围外水深对竖向位移的影响较小。     

桥台背路基受强夯振动力作用时桥台的变形特性

结合模型试验、现场试验及有限元分析结果 ,研究了强夯处理桥台背路基时桥台在振动力作用下的变形规律 .提出了桥台的水平位移自桥台顶部至底部逐渐减小 ,最大水平位移出现在桥台顶部 ;水平向瞬时位移随夯击次数的增加呈波动变化 ,达到一定击数后逐渐减小 ;随着夯击功能的增大 ,水平向与竖向瞬时位移的比值呈减小变化规律 .     

基于诱发因素响应分析的滑坡位移预测模型研究

 滑坡位移的变化除与其基础地质条件相关之外,更取决于诱发因素的动态作用。为建立滑坡位移动态变化与诱因变化的响应关系,采用时间序列分解预测模型,通过移动平均法将位移分解为趋势项及周期项。趋势项位移由边坡的势能和约束条件所决定,利用多项式位移函数进行拟合预测。周期项位移受库水位涨落和降雨等诱因的周期性动态作用而变化,选取当前月降雨量、累计前两月降雨量、月库水位高程变化量及年内总位移累计增量为影响因子,利用BP神经网络进行多变量位移预测。将各分项位移预测值叠加,从而得到总位移预测值。以三峡库区白水河滑坡为例,利用位移、降雨及库水位变化数据进行计算验证。结果表明,基于滑坡诱发因素和位移变化综合分析预测模型,可以较好地反映诱因动态变化对滑坡位移发展的关键作用,提高预测结果的精度和有效性。     

边坡开挖期实测位移的分解与合成预测

边坡受开挖影响，原有平衡状态被打破，其状态及安全性的掌握十分重要，变形的监测分析在其中起着重要作用。而分期开挖使变形在开挖和非开挖阶段呈现出明显不同的规律，为预先知道分期开挖时边坡变形大小，在考虑变形组成成分的前提下，提出了利用原始监测值，采用数学监测模型将实测变形中的蠕变变形和开挖瞬时变形加以分离的方法，结合开挖因素建立瞬时变形和开挖的关系模型，依照蠕变规律建立蠕变发展模型，可以根据需要对后期开挖变形大小加以预测。给出了具体实施的步骤，并以实例对可行性予以证明，为分期开挖变形预测提供了实用方案。     

冲击碾压荷载下砂土位移特征试验研究

冲击碾压技术是一种高效、经济的新型动态压实技术,已广泛应用于公路、机场等工程的路基压实、软基处理等领域。采用自行研制的冲击碾压模拟设备进行了模拟试验,主要研究了冲击碾压荷载下砂土位移分布总体特征以及冲击区域中心两侧砂土位移分布特征与冲击区域砂土位移随冲击作用时间的变化特征。结果表明:(1)冲击区域内砂土位移分布呈近似半椭圆形,其砂土位移沿深度方向的分布范围是碾压区域砂土位移分布范围的2.5倍左右;(2)冲击轮滚动冲击作用产生的砂土位移沿冲击作用中心两侧非对称分布;(3)随着冲击作用时间增加,砂土竖向位移明显增大,并在冲击区域左侧砂土浅部出现最大位移。     

用于较大水平位移测量的电阻应变式位移传感器

针对目前位移传感器很难直接测得木结构或木构件在转动中产生较大绝对水平位移的问题,研制了量程为±500 mm的电阻应变式位移传感器(WD位移传感器),应用正交试验法分析WD位移传感器的影响因素,并对其进行设计与制作,拟合了传感器在不同量程下应变位移的分段函数关系,通过计算得出了WD位移传感器的6种静态参数指标。试验结果表明,WD位移传感器克服了传统电阻应变式位移传感器量程小的问题,解决了木结构或木构件发生非直线运动很难直接测得绝对水平位移的问题,且各静态参数指标良好。