混凝土拱桥拱上建筑轻型化研究

制约混凝土拱桥向更大跨度发展的主要问题是结构自重大和施工架设困难。为提高混凝土拱桥的竞争力和促进该桥型的进一步发展,以420 m跨径的重庆万州长江大桥为工程背景,通过桥道系连续化和采用组合结构代替原有混凝土结构等方式来进行混凝土拱桥拱上建筑轻型化研究。与原设计在静力性能和地震响应分析的比较结果表明,桥道系连续化对减轻拱上建筑结构自重的效率较低,其静力性能与抗震性能提高也不大;而采用组合结构可使得拱上建筑结构自重减轻35%,拱脚轴力和弯矩分别降低了16%和17%,三向地震作用下的拱脚横向弯矩和拱顶横向位移分别减小了13%和18%,拱脚纵向弯矩、轴力分别降低了45%和44%,具有可行性。     

水工隧洞混凝土衬砌地震动响应过程分析

地震作用下水工隧洞混凝土衬砌结构的动态响应是工程设计和安全评估的重要内容,而建立科学合理的混凝土动力本构模型以及内水与衬砌动力耦合作用分析方法是衬砌结构抗震研究的关键环节。基于应变空间静力损伤本构的基本思路,对三维应力状态下混凝土静态拉、压损伤变量进行定义和求解;在此基础上,考虑静、动态荷载作用下混凝土本构关系曲线的相似性特点,建立了适宜编程的混凝土动态损伤本构模型。基于单相固体介质和流体介质动力分析的显式有限元法,结合耦合界面的边界条件,建立了水工隧洞内水与衬砌耦合作用的动力显式有限元分析模型,该方法可以直接进行逐步积分,无需联立方程组求解,大大简化了计算过程,可以方便地用于分析多种介质的波动传播问题。针对某水电站引水隧洞工程进行了实例分析,计算结果表明：1)各部位混凝土衬砌处于同步震动状态,但腰拱部位位移明显小于顶拱和底拱部位;2)地震作用下混凝土衬砌迅速进入损伤开裂状态,腰拱部位衬砌应力增加明显,损伤破坏严重;3)开裂破坏区由腰拱逐渐向两端扩展,与内水直接作用的内层衬砌结构是抗震设计的薄弱环节。该模型能够合理地反映水工隧洞混凝土衬砌的地震动响应特性,并为水工隧洞抗震设计提供了一种有效的分析方法。     

基于Matlab的PID参数单纯形寻优设计

文章分析了单纯形算法的基本原理,研究了PID控制器的数学模型,用Matlab设计出单纯形寻优程序对PID参数进行优化,并运用GUI设计了一个直观实用的用户界面。采用的优化目标函数在寻优过程中单调减小,说明单纯形算法优化PID参数是有效的。优化后的系统阶跃响应曲线显示,系统的静态和动态指标都达到了要求,优化效果较好。     

可液化场地下不同因素对地下结构动力响应的影响

目前,我国在地下结构抗震分析与液化破坏研究中尚存在诸多问题,需要深入研究地下结构的动力响应分析的影响因素:对不同结构截面形式、水平-竖向波共同作用、不同地震波输入.在地震作用下处于可液化场地的拱形结构和矩形结构的受力形式和最不利受力位置;模型分别在竖向波以及横向波单独和共同作用下,孔压比幅值也不相同;不同地震波对结构的受力形式影响不大,却对结构加速度影响十分巨大.这些问题的研究分析对可液化场地下结构在地震作用下的动力响应规律与液化破坏形式具有重要的工程应用价值和意义.     

预应力柔性拱结构弹性整体稳定性试验研究

预应力柔性拭拱由薄钢板带和索组成的新型预应力结构,通过张拉索先将薄钢板带在弹性范围内压弯成弓状,然后继续张拉拱面索,从而形成拱内初始压应力．针对3种不同的拱面索预拉力值的柔性模型,进行了跨中施加竖向集中力的弹性稳定性试验研究．结果表明,模型达稳定承载力时均呈侧移失稳模态,且稳定承载力随拱面索中预拉力的增加而增加．试验结果与ANSYS有限元分析结果吻合较好,为利用ANSYS开展该种结构静力工作性能的研究创造了条件．     

大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应分析

研究了大跨度钢管混凝土拱桥在同步激励和多点激励作用下的非线性地震响应特性及主要影响因素。采用时程分析法计算了大跨度钢管混凝土拱桥的非线性地震响应,研究了几何非线性对结构地震响应的影响,探讨了恒载内力和构型、多点激励效应等因素对大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应特性的影响,结果表明结构的几何非线性性质对大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应有较大影响。     

都（江堰）—汶（川）高速沙坪大桥桥面柔性滚石防护技术研究

沙坪大桥是都汶高速公路沙坪隧道出口跨岷江大桥,受隧道出口段高陡边坡危岩影响,严重危害桥面及行车安全,需要对沙坪大桥桥面进行滚石灾害防护。提出了一种新型柔性轻钢结构滚石防护棚洞,它由钢拱圈、支撑钢管、双层柔性防护网以及拱圈支座金属耗能器、拱圈橡胶垫层共同组成,通过动力有限元计算与模拟进行结构优化,确保给定滚石冲击能量下拱圈支座响应力小于桥面T型梁翼缘板的抗冲切强度,在此基础上进行了新型柔性滚石防护棚洞结构设计并付诸实施,目前工程已经竣工验收并投入使用,对确保都汶高速公路顺利通车和行车安全发挥了积极作用。     

基于LS-SVM响应面法的基坑支护结构优化设计

由于受安全性和经济性的双重指标要求,基坑支护结构优化设计一直是基坑工程中的研究重点之一.本文结合均匀试验设计(UD)和粒子群算法优化的最小二乘支持向量机(PSOLSSVM),提出了一种基于LS-SVM响应面法的基坑支护结构优化设计方法.其中,以工程量为优化目标,以安全系数作为约束条件,首先通过UD和有限元计算高效构造学习样本,然后利用PSO-LSSVM模型的高度非线性映射能力建立学习样本响应面,并预测由Monte-Carlo模拟生成的多组随机样本结果,最后从中筛选满足全部约束条件的且目标函数值最小的样本作为优化设计最优解.通过算例分析表明,该方法优化效果明显,且具有较好的效率和精度.     

大跨度钢-索-膜空间结构的计算方法

对一大跨度钢-索-膜空间混合结构建立了整体结构计算模型和简化的子结构计算模型，并分别进行了静、动力计算。计算结果表明：两种模型计算的结果相差很大，钢结构杆件应力相差64％，竖向位移相差58％，侧向位移相差150％，索的应力相差79％，表明了整体结构计算分析的必要性。     

大跨度钢-索-膜空间结构的计算方法

对一大跨度钢-索-膜空间混合结构建立了整体结构计算模型和简化的子结构计算模型,并分别进行了静、动力计算.计算结果表明:两种模型计算的结果相差很大,钢结构杆件应力相差64%,竖向位移相差58%,侧向位移相差150%,索的应力相差79%,表明了整体结构计算分析的必要性.     

横桥向地震作用对钢拱桥地震损伤发展的影响

为了研究横桥向地震作用对钢拱桥结构地震损伤发展的影响,以一座实际中承式钢拱桥为对象,建立考虑损伤区局部变形影响的全桥混合有限元（FE）模型. 通过对结构进行不同峰值加速度地震作用下的弹塑性地震反应计算,对比分析在空间三维地震作用和仅在桥梁面内地震作用下钢拱桥的损伤发展情况. 结果表明,横桥向地震动输入虽然不改变钢拱桥面内的位移时程响应及地震塑性损伤区域的分布位置,但会增大钢板发生局部变形的程度并加速焊接节点超低周疲劳损伤的发展,从而增大结构发生局部失稳破坏和超低周疲劳破坏的可能性. 在钢拱桥的抗震设计中宜同时考虑3个方向的地震作用,以确保结构的抗震安全.     

下承式拱桥吊杆的破损安全研究

为研究吊杆破断对下承式拱桥静力响应的影响以及是否是破损安全的。以新建铁路马道口下承式拱桥为背景,采用桥梁专业软件MIDAS/CIVIL,运用准静力法对吊杆破断进行模拟。分析计算了单根吊杆破断和多根吊杆破断对桥梁结构的影响。结果表明:单根吊杆破断对下承式系杆拱桥静力响应影响较小,吊杆破断是破损安全的;当有连续的3对吊杆破断时,其相邻吊杆的安全系数严重降低,应力幅增量很大,会引起吊杆的连锁破断,对桥梁结构造成严重的损伤。     

地震作用下密频拱桥Rayleigh阻尼的优化解

为建立频谱密集结构的阻尼矩阵,以地震反应谱理论为基础,基于完全二次组合(CQC)提出了求解Rayleigh阻尼系数的优化分析方法.在此基础上,为实现任意阶模态阻尼比等于精确阻尼的要求,利用Lagrange乘子法进一步建立了求解Rayleigh阻尼系数约束优化方法.以一座斜交曲梁下承式钢结构吊索拱桥为例,讨论优化分析所得Rayleigh阻尼系数的稳定性,比较了不同的优化目标组合、约束条件对优化参考频率和地震反应的影响,以及约束优化解中约束模态的选取问题.数值分析结果表明,与平方和开平方组合(SRSS)相比,CQC组合所得的Rayleigh阻尼系数的地震反应计算误差更小,约束模态应该选取对结构地震反应有显著贡献的第一阶模态.     

行波效应和地下结构对地表结构抗震设计的影响

本文以上海典型的双层地铁站上方的框架结构为例,讨论了行波效应和地下结构对地表建筑物抗震设计的影响.首先计算得到重力荷载作用下梁柱的内力值,然后考虑水平地震和竖向地震共同作用的情况,将不同地震波分量作用下梁柱的地震反应和静力反应进行组合,得到框架梁柱的抗震设计值.通过比较不同地震波输入模式下梁柱抗震设计值的差异,分析了行波效应对结构抗震设计的影响;通过比较无地下结构和有地下结构时梁柱抗震设计值的差异,分析了地下结构对结构抗震设计的影响.研究结果表明:行波效应和地下结构对该框架结构柱的影响可以不用考虑,但是对部分框架梁的抗震设计值有所增加,特别是对部分梁中轴力的增大效应较大,所以在地表建筑物的抗震设计中考虑行波效应和地下结构的影响是有必要的.     

静不平衡测量系统柔性杠杆机构分析优化

以质心投影法为主要测量原理,柔性杠杆机构为桥梁,设计一套多框架机构静不平衡测量系统,分析测量原理特性表明:降低柔性杠杆输出端柔度能够有效提高系统测量精度。基于直圆型柔性铰链封闭方程,建立柔性杠杆的柔度模型,利用有限元分析软件Ansys验证柔度模型的准确性,并通过合理设计优化函数和约束条件,对柔性杠杆机构输入和输出端进行相应优化。结果表明:采用封闭方程建立柔度模型的方法是可行的,其柔度理论值与仿真值误差在9%以内,同时建立的优化函数切实可行,在力臂放大系数变化量仅为2%的前提下,杠杆输出端柔度降低了18.63%,增加了杠杆线性度范围,从而有效提高了静不平衡测量系统测量精度。     

Reliability-based design optimization for flexible mechanism with particle swarm optimization and advanced extremum response surface method

To improve the computational efficiency of the reliability-based design optimization(RBDO) of flexible mechanism, particle swarm optimization-advanced extremum response surface method(PSO-AERSM) was proposed by integrating particle swarm optimization(PSO) algorithm and advanced extremum response surface method(AERSM). Firstly, the AERSM was developed and its mathematical model was established based on artificial neural network, and the PSO algorithm was investigated. And then the RBDO model of flexible mechanism was presented based on AERSM and PSO. Finally, regarding cross-sectional area as design variable, the reliability optimization of flexible mechanism was implemented subject to reliability degree and uncertainties based on the proposed approach. The optimization results show that the cross-section sizes obviously reduce by 22.96 mm~2 while keeping reliability degree. Through the comparison of methods, it is demonstrated that the AERSM holds high computational efficiency while keeping computational precision for the RBDO of flexible mechanism, and PSO algorithm minimizes the response of the objective function. The efforts of this work provide a useful sight for the reliability optimization of flexible mechanism, and enrich and develop the reliability theory as well.     

大跨体育场罩棚结构抗震设计

本工程体育场钢罩棚属于跨度超限的敞开式空间结构,本文基于钢罩棚结构和混凝土看台整体响应概念,使用有限元方法,进行了钢罩棚主要尺寸方案优选,静态条件下的结构变形分析,依据小震和中震条件下的谱分析结果,进行了抗震组合下的应力比包络分析,然后在考虑几何非线性,材料非线性条件下,进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析,最后对柱脚节点进行了最不利组合下的应力变形分析。表明该罩棚设计完全满足基于性能要求的"小震弹性、中震可修、大震不倒"的要求。     

高拱坝抗震设计分析

对高拱坝的抗震设计进行了分析,包括拱坝坝体-地基-库水动力相互作用分析、高拱坝坝肩抗震稳定分析、横缝对高拱坝抗震设计的影响,仅对高拱坝抗震设计研究的几个方面进行了概括总结.     

预制混凝土拱涵地震响应分析

首先建立拱涵二维有限差分模型,对拱涵的安装与路堤的填筑过程进行模拟,并得到拱涵与填土体系受力的初始状态;然后对拱涵进行时程分析,探究拱涵在地震作用下的位移与应力响应规律;最后着重论述填土高度、地震加速度以及地震波传播角度对拱涵地震动力响应的影响,并分析混凝土预制拱涵在地震作用下的薄弱位置。结果表明：随着填土高度的增加,拱顶与基底之间水平相对位移逐渐增大,拱涵各个接触面的内力在静态内力的基础上显著非线性增大;拱涵的各个接触面的内力对峰值加速度的改变较敏感;随着地震波传播角度的增大,拱顶与基底水平相对位移将减小,拱涵的内力响应也逐渐减小。     

结构多维地震激励振动特性研究

将空间框架简化为平面框架,采用平面梁模型,建立结构自由振动的微分方程,采用静力凝聚法消去主副自由度之间的耦合关系,得到平面框架结构体系考虑水平和竖向耦合自由振动的振型和频率。运用时程分析法对结构进行了动力响应计算,得到了与仅考虑水平或竖向地震输入结构不同的地震响应。