柔性约束边界对板抗爆动力响应的影响分析

约束边界的形式和刚度的差异会直接影响结构在爆炸荷载作用下的动力响应及其承载能力,现有防护结构的计算理论未能考虑柔性边界的影响,已不再适用,因此有必要建立考虑边界效应的结构抗爆计算方法。该文建立了具有周边分布柔性约束板的计算模型,推导出结构的振型函数,并计算分析了竖向弹性与阻尼约束、抗弯约束和荷载作用时间对结构位移和内力的影响。计算表明:竖向弹性与阻尼约束使板的整体位移增加,由此引起的附加惯性力会消耗部分能量,从而降低了结构的挠曲变形(相对位移)和弯矩值;周边的抗弯约束能限制结构的转动,也有效降低板的最大位移值,因此可通过调节周边柔性约束的形式和刚度提高结构的抗爆潜力。荷载作用时间主要通过参数影响结构的响应,较小时,随着的增加,弯矩值显著增大。     

火灾场冲击波荷载作用下简支钢梁动力响应

根据火灾场不同时刻温度的变化,考虑火灾高温对结构钢弹性模量、屈服强度和钢梁塑性弯矩的影响,分析了火灾场中冲击波荷载作用下简支钢梁各个阶段不同时刻的动力响应,通过具体算例计算了火灾场工字形简支钢梁在冲击波荷载作用下弹性阶段和塑性阶段的变形,分析表明在计算火灾场冲击波荷载作用下简支钢梁的动力响应时,火灾高温对结构钢的弹性模量、屈服强度以及梁的塑性弯矩和动力响应有显著的影响。     

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。     

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。     

高速列车荷载作用下无砟轨道地基竖向耦合动力响应研究

建立高速列车荷载作用下车辆系统-无砟轨道-地基耦合动力模型,通过Fourier变换求解弹性半空间地基土体的动力控制方程,同时根据轨道底座与半空间的接触条件得到了弹性半空间表面竖向位移在频域内的表达式,再采用快速Fourier 变换求得了时域内的土体位移解。结合算例,分析了列车速度、轨道结构参数等因素对地基动力响应的影响。研究结果表明:板下调整层弹簧刚度系数越大,地基土动力响应越大,地表振动越大;底座弯曲刚度越大,地基土动力响应越小;随着列车速度增加,地基土动力响应增大;距离轨道中心处越远,地基土动力响应越小。     

非饱和地基中部分埋入桩的水平振动问题EI北大核心CSCD

本文研究非饱和土中部分埋入桩的水平振动问题,为模拟桥梁桩基的高承台桩的实际服役状态,考虑水平简谐荷载和竖向静载的组合作用,采用Timoshenko梁模型和三维连续介质建立了非饱和土⁃部分埋入桩的耦合振动理论模型,利用微分变换法和传递矩阵法求得了桩身水平动力响应解析解,将退化解与已有成果作比较,验证了本文解的合理性。基于建立的理论模型,探讨了竖向荷载、埋入比和饱和度对部分埋入桩水平动力特性的影响。研究结果表明:刚度因子随着竖向荷载的增大而迅速减小,但是阻尼因子略微减小;刚度因子和阻尼因子均随着埋入比的增加而减小;桩身水平位移、转角、弯矩和剪力幅值均随着埋入比的增大而增大,幅值位置逐渐向上移动;饱和度较低的对刚度因子的影响很小,但饱和度大于0.9时刚度因子随饱和度的增加而迅速增大,阻尼因子基本保持不变。     

含液饱和多孔弹性梁随机振动

据不可压多孔弹性介质理论及随机振动理论,建立孔隙流体沿轴向扩散情形下含液饱和多孔弹性梁在集中荷载作用下横向弯曲随机振动方程。分析梁位移响应及截面固相弯矩响应,获得输入集中荷载为平稳随机过程时简支梁位移、弯矩响应的功率谱密度函数及方差等数字特征。作为数值算例,考虑理想白噪声平稳随机集中荷载作用下的简支饱和多孔梁,分析其位移响应及界面固相弯矩功率谱密度函数,讨论流-固耦合项对梁位移及弯矩的减振效果。结果表明,通过控制孔隙中流体的渗透系数可达到控制梁的随机振动目的。     

折线型截面复合材料层合梁弯曲性能预测与分析

基于各向异性复合材料层合板弹性理论,研究空间折线型复合材料层合梁弯曲性能计算方法。首先推导了考虑铺层设计的翼缘板和腹板在局部坐标系下的刚度矩阵和本构关系,然后通过平行移轴原理建立折线型复合材料层合梁的整体抗弯刚度理论计算公式,在此基础上求出结构在竖向荷载作用下的挠度值。有限元与理论值对比表明本文的理论计算公式有较好的精度。此外,还分析了翼缘与腹板水平夹角及纤维纵横向铺层比对层合梁挠度的影响。结果表明:结构的挠度随夹角的增大而减小,且夹角越大理论值与有限元值越接近,而纤维纵横向铺层比的变化对结构挠度影响几乎可以忽略。该弯曲预测方法可用于计算Z型、槽型、工字型等空间折线型截面复合材料层合梁刚度和位移。     

爆炸荷载作用下承重柱的弹性动力响应分析

为了建立爆炸荷载作用下承重柱构件的弹性动力响应分析方法,进一步奠定研究承重柱非线性抗爆响应和破坏形态的理论基础,该文将承重柱简化为承受轴向荷载的约束梁构件,并基于经典Timoshenko梁理论,通过建立等效频率矩阵、等效荷载向量矩阵以及修正的等效质量矩阵,采用变量分离法联立方程求解,推导出承受恒定轴力的Timoshenko梁在任意横向爆炸荷载作用下的弹性动力响应的解析解;并以此弹性解析方法为基础,进一步分析讨论了爆炸荷载作用下,长细比、初始轴向应变、端部约束条件及荷载参数等因素对承重柱弹性动态响应的影响,研究结果对钢柱或钢筋混凝土柱(RC柱)的抗爆分析与设计有参考作用。     

固定谐振荷载作用下曲线轨道动力响应特性研究EI北大核心CSCD

将曲线轨道视为周期性离散支撑结构,根据周期性结构的振动特性,通过引入移动荷载作用下曲线轨道梁的数学模态以及广义波数,得出曲线轨道梁频域响应的级数表达,进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道梁平面外弯扭耦合振动的响应特性。通过计算不同频率固定谐振荷载作用下曲线轨梁的动力响应,可以求得曲线轨梁垂向位移频响特性。对单层离散点支撑轨道模型进行计算分析可知:曲线轨道梁一阶自振频率受扣件支点垂向支撑刚度、垂向支撑阻尼系数、扣件支点间距变化影响较大,扣件支点垂向支撑刚度增加时轨梁一阶自振频率提高,垂向支撑阻尼系数增加时轨梁一阶自振频率略有减少,扣件支点间距减小时轨梁一阶自振频率提高;扣件支点间距对曲线轨梁频响特性具有显著的影响,跨中处一阶pinned-pinned共振峰幅值及支点处反共振峰幅值随支点间距的增加而变大;曲线半径对地铁轨道轨梁垂向位移频响特性几乎没有影响。     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的动力响应计算

给出了基于Hertz接触理论的冲击体与梁结构之间的局部接触力-接触变形关系。根据弯曲理论,建立了具有粘弹性支座钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹塑性动力响应计算方法,并通过算例分析了冲击速度、支座刚度和支座阻尼对动力响应的影响。分析发现:梁的总位移随冲击速度增大而增大,当冲击速度足够大时梁将出现塑性变形。支座条件对梁的动力响应有较大影响,梁的总位移最大值随支座刚度增大而减小,而相对位移最大值随支座刚度增大而增大,振动频率随支座刚度增大而明显增大;梁的总位移最大值随支座阻尼增大而减小,相对位移最大值随支座阻尼变化不明显,位移幅值衰减值随支座阻尼增大而增大,但振动频率不受支座阻尼影响。结果表明:采用粘弹性支座既能减小钢筋混凝土梁的相对位移幅值,又能加速梁的位移幅值衰减,提高了梁结构的抗冲击能力。     

固定谐振荷载作用下曲线轨道动力响应特性研究

将曲线轨道视为周期性离散支撑结构,根据周期性结构的振动特性,通过引入移动荷载作用下曲线轨道梁的数学模态以及广义波数,得出曲线轨道梁频域响应的级数表达,进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道梁平面外弯扭耦合振动的响应特性。通过计算不同频率固定谐振荷载作用下曲线轨梁的动力响应,可以求得曲线轨梁垂向位移频响特性。对单层离散点支撑轨道模型进行计算分析可知:曲线轨道梁一阶自振频率受扣件支点垂向支撑刚度、垂向支撑阻尼系数、扣件支点间距变化影响较大,扣件支点垂向支撑刚度增加时轨梁一阶自振频率提高,垂向支撑阻尼系数增加时轨梁一阶自振频率略有减少,扣件支点间距减小时轨梁一阶自振频率提高;扣件支点间距对曲线轨梁频响特性具有显著的影响,跨中处一阶pinned-pinned共振峰幅值及支点处反共振峰幅值随支点间距的增加而变大;曲线半径对地铁轨道轨梁垂向位移频响特性几乎没有影响。     

移动荷载下有限深度Winkler地基上梁的动力响应研究EI北大核心CSCD

基于考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁理论,建立移动荷载作用下弹性地基上有限长梁的横向运动方程。利用模态叠加法求得移动荷载作用下有限长梁动力响应的解析解,进而以移动荷载离开时梁的响应为初值,采用分离变量法求得有限长梁自由振动的一阶近似解;通过数值计算和参数分析,揭示了移动荷载作用下有限深度Winkler地基上简支边界梁的动力学特性,分析地基深度、地基黏滞阻尼系数和荷载移动速度等对有限长梁受迫振动阶段和自由振动阶段动力响应的影响,全面揭示有限深度土体运动对临界速度的作用效应。结果表明:地基深度显著降低了临界速度,且弹性地基黏滞阻尼明显延长了自由振动衰减时间;荷载移动速度加剧了有限深度弹性地基与其支承梁的相互作用效应,系统振动的幅值和响应周期均发生显著变化。     

基于Rayleigh阻尼模型的竖向混合结构设计阻尼比研究

由两种或两种以上不同材料串联组成的竖向混合结构,结构阻尼特征空间分布存在明显差异,这使得整体结构地震作用下的动力响应难以估计。对于结构初步抗震设计,特别是采用常规商用软件进行分析时,往往需要确定结构的阻尼比系数,这就需要引入等效阻尼比的概念。该文基于Rayleigh阻尼模型,推导了竖向混合结构在谐振荷载下的近似解耦位移响应误差函数,由随机地震动激励下位移响应误差最小,得到最佳等效阻尼比计算公式。将竖向混合结构等效成两自由度结构模型,每一自由度的动力特性由对应子结构的主频确定,对该两自由度模型进行不同子结构特性下最佳等效阻尼比分布和位移响应误差分析。结果表明:采用该文给出的最佳等效阻尼比,能更合理地预测结构在地震作用下的位移响应;而简单地采用单一材料结构阻尼比进行分析,可能会过高或过低估计结构耗能能力。     

梁的剪力动力系数的确定

分别应用振型叠加法和非线性有限元方法,研究了线性和非线性条件下梁的剪力响应,给出了抗爆结构设计计算所需要的剪力动力系数。研究结果表明:(1)在突加三角形荷载作用下,正向剪力动力系数随荷载作用时间与基本周期比(td/T1)的增大而增大,负向剪力动力系数先随td/T1的增大而增大,在保持常值前随td/T1的增大而略有减小;而在升压平台型荷载作用下,正向剪力动力系数随荷载升压时间与基本周期比(tr/T1)的增大而减小。(2)正向和负向剪力动力系数都随厚跨比(h/l)的增大而增大。(3)当梁进入塑性响应阶段后,随着延性比的增大,与弹性响应相比支座剪力逐渐减小;剪力的降低幅度随荷载作用时间(td)或升压时间(tr)的增大而减小。     

任意边界条件下弹性梁耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种辅助函数为三角级数的改进傅里叶级数;在弹性梁两端引入边界约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边界条件;应用Hamilton原理从能量角度推导整个结构的拉格朗日函数;采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性梁模型不同边界下前6阶固有频率,与文献解对比最大误差为0.02%,验证了该方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和模态特性求解方程,通过改变边界约束弹簧刚度系数可以实现对弹性梁耦合振动特性进行调整,为弹性梁动力学性能优化提供了一种参数化的研究方法。     

屈曲约束钢板剪力墙边框刚度影响研究

为了考察边框刚度对屈曲约束钢板剪力墙抗震性能的影响,该文将带边框普通钢板剪力墙和屈曲约束钢板剪力墙作为研究对象,采用ABAQUS非线性有限元分析软件,计算边框刚度对构件受力性能的影响。计算结果表明,在水平往复荷载作用下,带边框屈曲约束钢板剪力墙的滞回曲线饱满,等效粘滞阻尼系数较大,边框柱与边框梁对侧向刚度、承载力与塑性耗能均有一定贡献。在1/50层间位移角时,屈曲约束钢板剪力墙边框柱与边框梁的内凹变形均很小,Mises应力均小于普通钢板剪力墙的边缘构件,损伤程度显著降低,说明对边框柱与边框梁抗弯刚度的要求可以显著低于普通钢板剪力墙。屈曲约束钢板墙内嵌钢板的拉力带分布均匀、细密,最大面外变形与损伤程度均小于普通钢板剪力墙。螺栓对盖板面外变形有很大的约束作用,当螺栓间距较小时,混凝土盖板与钢筋的Mises应力显著减小。现行技术标准中对非加劲钢板剪力墙边框刚度的规定,不能很好地适用于屈曲约束钢板剪力墙。     

自复位单自由度体系随机地震响应分析

给出了自复位体系恢复力的数学描述,建立了正态白噪声地面激励下采用等价线性化法求解自复位单自由度体系随机响应的流程,并采用Monte-Carlo法验证了其正确性,最后通过参数分析对随机响应的影响因素进行了研究。结果表明:结构周期越小,屈服位移系数或耗能参数越大,体系位移方差系数和速度方差系数越小;结构屈服后刚度系数越大,位移方差系数越小,速度方差系数越大;结构周期越大,屈服位移系数、屈服后刚度系数和耗能参数对位移方差系数和速度方差系数的影响越大。     

阻尼溶剂抽取法中关键因素取值优化模型

阻尼溶剂抽取法中关键因素包括人工阻尼系数和有限区域尺寸等,对结构-地基相互作用的分析计算有很大的影响。为消除关键因素取值随机性对计算结果的影响、有效控制交界面相互作用计算结果的精确度和计算效率,分析了弹性地基上杆件在不同状态下无量纲动力刚度系数间的相互关系,构建了关键因素取值优化模型。无量纲有限区域大小与人工阻尼系数的函数关系式定义为目标函数,无阻尼无限杆近似计算与解析计算的动力刚度系数差值函数定义为约束条件。已知偏移允许最大值和节点振动幅值衰减目标值,解得无阻尼无限杆近似计算动力刚度系数中关键因素的最优取值。数值算例验证了关键因素取值优化模型及求解方法是合理可行的,能够有效控制模拟计算的精确度和计算效率,亦验证了该模型的工程适用性。     

波形钢腹板组合槽形梁抗扭性能试验研究

为了研究新型结构预应力波形钢腹板组合槽形梁的抗扭性能,基于约束扭转理论,推导了波形钢腹板组合槽形梁的约束扭转翘曲应力表达式和扇形惯性矩;考虑了波形钢腹板的褶皱效应对纵向刚度的影响,计入波形钢腹板的剪切变形对约束扭转刚度的降低,得到了扇形惯性矩修正公式;最终建立了集中扭矩作用下的扭转角计算公式。完成了2片波形钢腹板组合槽形试验梁的偏载试验和3片相同梁的对称加载试验,试验表明:90 kN以内的偏载作用下,试验梁的荷载-位移曲线基本呈线性;试验梁两侧竖向位移的平均值与对称荷载作用下的竖向位移基本相同;试验梁的偏载系数位于1.2~1.3,比波形钢腹板组合箱梁增大10%左右。理论计算、试验测试和有限元分析表明:该文建立的扭转角计算公式采用修正过的扇形惯性矩进行计算,具有良好的精度。